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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen Anmeldungen mit den
US-Seriennummern 60/238,844 und 60/238,826, eingereicht am 6. Oktober
2000, deren Offenbarungen durch Bezugnahme in den vorliegenden Text
aufgenommen werden.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft keramische Aggregatteilchen. Bei
einer Ausführungsform
betrifft die vorliegende Erfindung keramische Schleif-Aggregatteilchen,
die ein keramisches Bindemittel und mehrere Schleifkörner umfassen.
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Es
gibt eine Vielfalt von keramischen Aggregatteilchen zur Verwendung
in einer Vielfalt von Industriezweigen. Zum Beispiel können Katalysatorkügelchen,
die bei der Hydrierung von Toluen und Heptan verwendet werden, in
der Weise hergestellt werden, dass man eine Metalllegierung, ein
Polymer mit hohem Molekulargewicht und optional einen Weichmacher
(d. h. ein Übergangslösemittel)
zu einem Gemisch kombiniert, das Gemisch formt, den Weichmacher
extrahiert (zum Beispiel durch Lösemittelextraktion),
das geformte Gemisch kalziniert, um das Polymer zu entfernen, und
dann das geformte Gemisch zu Katalysatorkügelchen sintert. Weitere Informationen
finden sich in den US-Patenten Nr. 4,895,994 (Cheng und Mitarbeiter)
und Nr. 4,900,698 (Lundsager). In der Orthopädie- und der Dentalbranche
stellt man hartkeramische Formkörper
her, indem man einen keramischen Bindemittelvorläufer schmilzt, die Schmelze
abkühlt
und dann die abgekühlte Schmelze
zu Keramikkörpern
zerkleinert, die in synthetischen Knochen- und Dentalzusammensetzungen
verwendet werden. Weitere Informationen finden sich im US-Patent
Nr. 5,914,356 (Erbe). In der Schleifmittelindustrie können keramische
Aggregatteilchen in der Weise hergestellt werden, dass man eine
Zusammensetzung bildet, die einen keramischen Bindemittelvorläufer und
einen zeitweiligen organischen Bindemittelvorläufer enthält, die Zusammensetzung in
eine Form gibt, die Zusammensetzung in der Form erhitzt, so dass
Formteilchen entstehen, und die Formteilchen sintert, um das organische
Bindemittel abzubrennen und keramische Aggregatteilchen zu erhalten.
Weitere Informationen finden sich im US-Patent Nr. 5,975,988 (Christianson).
Zu weiteren Verwendungszwecken für
keramische Aggregatteilchen gehören
zum Beispiel Dachbeschichtungsgranalien, Filtrationsprodukte, Hartbeschichtungen,
Granalienstrahlmedien, Trommelmühlenmedien,
Bremsbeläge,
rutsch- und verschleißfeste
Beschichtungen, rückstrahlende
Folien und Laminatverbundstrukturen.
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US-5,282,875
betrifft einen keramisch gebundenen Schleifgegenstand wie zum Beispiel
eine Schleifscheibe mit einer besseren G-Verhältnis-Schleifleistung als vergleichbare
Räder,
die Schleifkörner
auf Solgel-Aluminiumoxid-Basis
mit einer Dichte von weniger als 3,85 Gramm je Kubikzentimeter enthalten.
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WO
96/10471 betrifft einen Schleifgegenstand auf einer Unterlage mit
einer Schleifschicht, die ein Bondungssystem auf organischer Basis
und mehrere Schleifagglomerate umfasst, die mit dem Bondungssystem
angehaftet sind.
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Es
besteht nach wie vor Bedarf an neuen keramischen Aggregatteilchen,
die weniger teuer in der Herstellung sind, die weniger Prozessfläche oder
weniger Schritte als herkömmliche
Techniken erfordern oder die keramische Aggregatteilchen darstellen,
die ähnliche
oder bessere Eigenschaften aufweisen als jene, die mittels herkömmlicher
Techniken hergestellt wurden. Zum Beispiel können Techniken zum Herstellen
von keramischen Aggregatteilchen, die keinen Formungsschritt erfordern,
einen kostensenkenden Prozess bedeuten. Außerdem sind Techniken wünschenswert,
die ohne die Verwendung von Lösemitteln
(zum Beispiel Toluen oder Heptan) auskommen.
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Es
besteht auch Bedarf an der Bereitstellung von keramischen Aggregatteilchen,
die relativ gleichbleibende Formen und Größen aufweisen, um Gegenständen, die
mit solchen keramischen Aggregatteilchen hergestellt wurden, eine
gleichmäßigere Produktleistung
zu verleihen. Was zum Beispiel insbesondere Schleifgegenstände anbelangt,
besteht nach wie vor Bedarf an Schleifteilchen, die Schleifoberflächen mit
dauerhaft gleichbleibenden Materialabtragsraten ermöglichen,
um vorzugsweise längere
Standzeiten bei gleichmäßiger werkstückoberfläche zu erreichen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt keramische Aggregatteilchen nach einem
der Ansprüche
1 bis 14, einen Schleifgegenstand nach Anspruch 15, einen Schleifgegenstand
auf einer Unterlage nach Anspruch 16, einen Vliesschleifgegenstand
nach Anspruch 17 und einen Schleifgegenstand, der ein gebundener
Schleifgegenstand ist, nach Anspruch 18 bereit. Bei einer Ausführungsform
stellt die Erfindung keramische Schleif-Aggregatteilchen bereit.
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Mit "eine Mehrheit" ist gemeint, dass
mindestens 50 Prozent, bevorzugt etwa 90 Prozent, der Teilchen eine
im Wesentlichen gleichmäßige Querschnittsform
aufweisen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
stellt die Erfindung mehrere keramische Aggregatteilchen bereit, die
mehrere Feststoffteilchen umfassen, die mit keramischem Bindemittel
miteinander verbunden sind, wobei die keramischen Aggregatteilchen
ein Verhältnis
zwischen dem Volumen an keramischem Bindemittel und dem Volumen
an Feststoffteilchen im Bereich von etwa 0,2 bis 2,0 aufweisen.
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Keramische
Aggregatteilchen der vorliegenden Erfindung können in Produkten wie zum Beispiel Schleifmittel,
Dachbeschichtungsgranalien, Filtrationsprodukte, Hartbeschichtungen,
Granalienstrahlmedien, Trommelmühlenmedien,
Bremsbeläge,
rutsch- und verschleißfeste
Beschichtungen, synthetische Knochen, Dentalzusammensetzungen, rückstrahlende
Folien und Laminatverbundstrukturen verwendet werden. Im Sinne des
vorliegenden Textes meint das Wort "keramisch" anorganisches, nichtmetallisches Material,
das eine kristalline Phase, eine nicht-kristalline Phase (zum Beispiel
Glas) oder eine Kombination aus sowohl einer kristallinen als auch
einer nicht-kristallinen Phase (zum Beispiel Porzellan, Glaskeramik)
enthalten kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum
Schleifen einer Oberfläche
bereit, wobei das Verfahren umfasst, ein keramisches Schleifaggregat
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Oberfläche
eines Werkstücks
in Kontakt zu bringen und das Aggregat oder die Oberfläche relativ
zueinander zu bewegen, um mindestens einen Abschnitt der Oberfläche zu schleifen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung Schleifaggregate
bereit, die eine gute Schleifleistung (zum Beispiel lange Standzeit,
hohe Materialabtragsraten, gleichbleibende Materialabtragsraten,
gleichbleibende Oberflächenbeschaffenheit
und dergleichen) sowohl bei Schleifprodukten auf einer Unterlage
als auch bei gebundenem Schleifmaterial aufweisen. Überdies
minimiert das vorliegende Verfahren zum Herstellen der keramischen
Agglomerate der Erfindung die Vorratshaltung, die Fläche für Investitionsgüter, die Kosten
für Investitionsgüter und
weitere zugehörige
Fertigungskosten. Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren bereit,
die relativ wenig Platz und dementsprechend relativ geringe Investitionsaufwendungen
und Betriebskosten erfordern.
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1 ist
ein schematischer Seitenaufriss eines beispielhaften keramischen
Aggregatteilchen s, das gemäß einem
Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
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2 ist
ein gedrucktes, digitalisiertes Bild eines beispielhaften keramischen
Aggregatteilchen s, das gemäß einem
Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
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3 ist
eine schematische Seitenansicht, die eine Vorrichtung zum Herstellen
der mehreren keramischen Aggregatteilchen der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Vorrichtung
zum Herstellen der mehreren keramischen Aggregatteilchen der vorliegenden
Erfindung, wobei ein vorderer Abschnitt der Vorrichtung entfernt
ist, um den Blick auf einen Abschnitt im Inneren der Vorrichtung
freizugeben.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Siebes, das in
der in 4 gezeigten Vorrichtung verwendet wird.
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6 ist
eine fragmentarische schematische Querschnittsansicht eines Schleifgegenstandes
auf einer Unterlage, der keramische Schleif-Aggregatteilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines gebundenen Schleifgegenstandes,
der keramische Schleif-Aggregatteilchen gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält.
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8 ist
eine vergrößerte schematische
Ansicht eines Vliesschleifgegenstandes, der keramische Schleif-Aggregatteilchen
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält.
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Keramische
Bindemittel
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Zu
keramischen Bindemitteln gehören
kristalline und/oder nicht-kristalline keramische Materialien. Zu brauchbaren
kristallinen keramischen Bindemitteln gehören Aluminiumoxid, Magnesiumoxid,
Titanoxid, Zirkondioxid, Aluminiumoxid-Zirkondioxid, Aluminiumsilikat,
Magnesiumaluminat, Magnesiumsilikat, Borcarbid, Siliciumcarbid,
Siliciumaluminiumoxynitrid, Titancarbid, Bornitrid, Siliciumnitrid,
Siliciumoxynitrid, Aluminiumnitrid, Titanborid, Kalziumphosphat
und Kombinationen dieser Materialien.
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Brauchbare
nicht-kristalline keramische Bindemittel sind nicht-schäumend, und
zu ihnen gehören Quarzgut,
Alkalisilikatglas, Erdalkalisilikatglas, Bleisilikatglas, Borsilikatglas,
Aluminiumsilikatglas, Aluminiumphosphatglas und Kombinationen dieser
Materialien.
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Zu
brauchbaren keramischen Bindemitteln, die Kombinationen von kristallinen
und nicht-kristallinen keramischen Bindemitteln darstellen, gehören Lithiumaluminiumsilikatglaskeramik,
Magnesiumaluminiumsilikatglaskeramik, Fluorglimmersilikatglaskeramik,
Porzellan, Steingut, Steinzeug und Kombinationen dieser Materialien.
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Feststoffteilchen
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Vorzugsweise
ist mindestens ein Teil der mehreren Feststoffteilchen ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Schleifkörnern, Füllmitteln, Schleifhilfsmitteln,
Fasern, elektronisch aktiven Teilchen, Pigmenten und Kombinationen
daraus. In der Regel sind die mehreren Feststoffteilchen so ausgewählt, dass
sie sich beim Erhitzen nicht zersetzen. Die mehreren Feststoffteilchen
haben eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von etwa 0,5 Mikrometern bis etwa 1500 Mikrometern. Bei einer weiteren
Ausführungsform
haben die mehreren Feststoffteilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von etwa 10 Mikrometern bis etwa 1500 Mikrometern. Bei einer weiteren
Ausführungsform,
wo zum Beispiel das Feststoffteilchen ein Schleifkorn ist, haben
die mehreren Feststoffteilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von etwa 125 Mikrometern bis etwa 1500 Mikrometern. Bei einer weiteren
Ausführungsform
für andere
Verwendungszwecke haben die mehreren Feststoffteilchen eine mittlere
Teilchengröße im Bereich
von etwa einem Mikrometer bis etwa 800 Mikrometern. Bei einer weiteren
Ausführungsform
haben die mehreren Feststoffteilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich von
etwa einem Mikrometer bis etwa 400 Mikrometern. Die Größe der Feststoffteilchen
meint die längste
Abmessung eines einzelnen Feststoffteilchens von einem bestimmten
Bezugspunkt aus.
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Schleifkörner
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Zu
beispielhaften Schleifkörnern,
die sich für
die vorliegende Erfindung eignen, gehören Schleifteilchen aus Elektrokorund,
Schleifteilchen aus keramischem Aluminiumoxid, Schleifteilchen aus
weißem
Elektrokorund, Schleifteilchen aus wärmebehandeltem Aluminiumoxid,
Schleifteilchen aus braunem Elektrokorund, Schleifteilchen aus Siliciumdioxid,
Schleifteilchen aus Siliciumcarbid, Schleifteilchen aus grünem Siliciumcarbid,
Schleifteilchen aus Borcarbid, Schleifteilchen aus Titancarbid,
Schleifteilchen aus Aluminiumoxid-Zirkondioxid, Schleifteilchen
aus Diamant, Schleifteilchen aus Cerdioxid, Schleifteilchen aus
kubischem Bornitrid, Schleifteilchen aus Granat oder Kombinationen
daraus. Das keramische Aluminiumoxid wird vorzugsweise gemäß einem
Solgelverfahren hergestellt, wie es zum Beispiel in den US-Patenten
Nr. 4,314,827, Nr. 4,744,802, Nr. 4,623,364, Nr. 4,770,671, Nr.
4,881,951, Nr. 5,011,508 und Nr. 5,213,591 beschrieben ist, oder
mittels eines Verfahrens des Sinterns von wasserfreien Aluminiumoxid pulvern,
wie es zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 5,593,467, Nr. 5,645,618
und Nr. 5,651,801 beschrieben ist, deren Offenbarungen durch Bezugnahme
in den vorliegenden Text aufgenommen werden. Das keramische Schleifkorn
umfasst alpha-Aluminiumoxid und optional einen Metalloxidmodifikator,
wie zum Beispiel Magnesiumoxid, Zirkondioxid, Zinkoxid, Nickeloxid,
Hafnium(IV)-oxid, Yttriumoxid, Siliciumdioxid, Eisenoxid, Titandioxid,
Lanthanoxid, Cerdioxid, Neodynoxid und Kombinationen daraus. Das
keramische Aluminiumoxid kann optional auch einen Keimbildner umfassen,
wie zum Beispiel alpha-Aluminiumoxid, Eisenoxid, Eisenoxidvorläufer, Titandioxid,
Dichromoxid oder Kombinationen daraus. Das keramische Aluminiumoxid
kann auch eine Form haben, wie zum Beispiel jene, wie sie im US-Patent
Nr. 5,201,916 und US-Patent Nr. 5,090,968 beschrieben ist, deren
Offenbarungen durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen
werden.
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Es
kann wünschenswert
sein, dass keramisches Schleifaggregat gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens
zwei voneinander verschiedene Sorten von Schleifteilchen umfasst
(d. h. eine erste, größere Sorte und
eine zweite, kleinere Sorte). Ein Maß für die Größe einer Probe von klassierten
Schleifteilchen ist die mittlere Teilchengröße oder D50.
Im Sinne des vorliegenden Textes ist die "mittlere Teilchengröße" oder "D50" für eine Probe
von Schleifteilchen identisch mit der Schleifteilchengröße (in der
Regel als ein Durchmesser angegeben), wobei 50 % des Volumens der
Probe Schleifteilchen umfasst, die kleiner als die mittlere Volumenteilchengröße sind.
Im Sinne des vorliegenden Textes bezieht sich "Verhältnis
der mittleren Teilchengröße" oder "D50-Verhältnis" auf die mittlere
Teilchengröße der größeren Sorte
von Schleifteilchen in dem Schleifkornagglomerat, geteilt durch
die mittlere Teilchengröße aller
kleineren Sorten von Schleifteilchen in dem Schleifkornagglomerat.
Zum Beispiel ist bei einem Schleifkornagglomerat gemäß der vorliegenden
Erfindung, das eine erste und eine zweite Schleifteilchensorte mit
mittleren Teilchengrößen von
100 Mikrometern bzw. 50 Mikrometern umfasst, das Verhältnis der
mittleren Teilchengröße oder
das D50-Verhältnis gleich 2. Bei Schleifkornagglomeraten
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Verhältnis
der mittleren Teilchengröße zum Beispiel
etwa 2 oder größer, etwa
3 oder größer, etwa
5 oder größer oder
sogar etwa 7 oder größer sein.
Es liegt auch im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, mehr
als zwei Schleifteilchensorten in dem Schleifgegenstand zu haben.
Zum Beispiel kann die Schleifteilchengrößenverteilung drei voneinander
verschiedene Sorten von Schleifteilchen enthalten.
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Es
ist anzumerken, dass, obgleich das Verhältnis der mittleren Teilchengröße für jeweils
zwei Sorten von Schleifteilchen etwa 2 oder größer sein kann, dies nicht ausschließt, Schleifteilchen
der gleichen Größe in jeder
Sorte zu haben. Da jede Schleifteilchensorte eine Verteilung von
Schleifteilchengrößen umfasst,
ist eine Überlappung
der Verteilungen nicht ausgeschlossen. Zum Beispiel können eine
Schleifmittelsorte mit einer D50 von 30
Mikrometern und eine Schleifmittelsorte mit einer D50 von
60 Mikrometern beide Schleifteilchen mit einer Größe von 45
Mikrometern enthalten. Mit größer werdendem
D50-Verhältnis
wird der Bereich der Teilchengrößen, die
beide Sorten gemeinsam haben, kleiner.
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In
der Regel umfasst keramisches Schleifaggregat gemäß der vorliegenden
Erfindung, das zwei Sorten von Schleifteilchen enthält, etwa
10 Gewichts-% bis etwa 90 Gewichts-% der größeren Sorte von Schleifteilchen
und etwa 90 % bis etwa 10 % der kleineren Sorte von Schleifteilchen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst
das Schleifkornagglomerat gemäß der vorliegenden
Erfindung etwa 25 Gewichts-% bis etwa 75 Gewichts-% der größeren Sorte
von Schleifteilchen und etwa 25 % bis etwa 75 Gewichts-% der kleineren
Sorte von Schleifteilchen. Bei weiteren Ausführungsformen beträgt die grö ßere Sorte
von Schleifteilchen etwa 60 Gewichts-% und die kleinere Sorte von
Schleifteilchen etwa 40 Gewichts-%. Keramische Schleifaggregate
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die mehr als zwei Sorten von Schleifteilchen umfassen,
umfassen in der Regel etwa 10 Gewichts-% bis 50 Gewichts-% der größeren Sorte
von Schleifteilchen und etwa 50 Gewichts-% bis etwa 90 Gewichts-%
für alle
kleineren Sorten von Schleifteilchen. Wenn zwei oder mehr der kleineren Schleifteilchensorten
vorhanden sind, so können
diese Sorten in gleichen oder ungleichen Mengen vorliegen.
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Schleifkörner können auch
eine Oberflächenbeschichtung
haben. Eine Oberflächenbeschichtung kann
die Adhäsion
zwischen dem Schleifkorn und dem keramischen Bindemittel in den
keramischen Schleifaggregatteilchen verbessern und/oder kann die
Materialabtragscharakteristika des Schleifkorns ändern. Solche Oberflächenbeschichtungen
sind in den US-Patenten Nr. 5,011,508, Nr. 1,910,444, Nr. 3,041,156,
Nr. 5,009,675, Nr. 4,997,461, Nr. 5,213,591 und Nr. 5,042,991 beschrieben,
deren Offenbarungen durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen
werden. Ein Schleifkorn kann auch einen Haftvermittler auf seiner
Oberfläche
aufweisen, wie zum Beispiel einen Silan-Haftvermittler. Haftvermittler
verbessern allgemein die Adhäsion
zwischen einer Festkörperoberfläche, wie
zum Beispiel Schleifkörner,
und einem härtbaren
Bindemittelvorläufer.
Zu Beispielen für
Haftvermittler, die sich für
diese Erfindung eignen, gehören
Organosilane, Zirkoaluminate und Titanate.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung haben Schleifkörner in der Regel eine mittlere
Teilchengröße im Bereich
von etwa 125 bis 1500 Mikrometern.
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Brauchbare
Schleifkörner
haben in der Regel eine Mohs-Härte von
mindestens etwa 7, bevorzugt von mindestens etwa 8 und besonders
bevorzugt über
9. Der Ausdruck "Mohs-Härte" meint einen Wert,
der einer Zahl auf der "Mohs-Skala" entspricht. Die "Mohs-Skala" ist als eine Skala
der Härte
von Mineralien definiert (siehe Lafferty, Peter, The Dictionary
of Science, Seite 386 (1993) oder Handbook of Chemistry and Physics, Seite
F-22 (1975)).
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Brauchbare
Füllmittel
beeinflussen allgemein Eigenschaften der keramischen Aggregatteilchen,
wie zum Beispiel Härte,
Porositätsgrad,
Verschleißverhalten
usw. Zu Beispielen brauchbarer Füllmaterialien
gehören
Metallcarbonate (wie zum Beispiel Kalziumkarbonat, Kreide, Calcit,
Mergel, Travertin, Marmor, Kalkstein, Kalziummagnesiumcarbonat,
Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat), Porenbildungszusätze (wie
zum Beispiel Holzzellstoff, Holzmehl, Glasblasen, Glasperlen, organische
Blasen, organische Perlen), Siliciumdioxid (wie zum Beispiel amorphes
Siliciumdioxid, Quarz, Glasperlen, Glaspulver, Glasblasen und Glasfasern),
Silikate (wie zum Beispiel Talkum, Tone (Montmorillonit), Feldspat,
Glimmer, Kalziumsilikat, Kalziummetasilikat, Natriumaluminiumsilikat,
Natriumsilikat), Metallsulfate (wie zum Beispiel Kalziumsulfat,
Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat),
Aluminiumtrihydrat, Metalloxide (wie zum Beispiel Kalziumoxid (Kalk),
Aluminiumoxid, Titandioxide) und Metallsulfite (wie zum Beispiel
Kalziumsulfit), Graustein, Marmor, Gips, Na2SiF6, Kryolith, Vermiculit und Kombinationen
dieser Materialien.
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"Schleifhilfsmittel" meint Materialien,
die in der Lage sind, die Schleifleistung eines Schleifgegenstandes
auf einem Metallwerkstück
zu verbessern, wenn sie in eine abrasive Beschichtung eingearbeitet
sind. Im Allgemeinen verlängert
die Zugabe eines Schleifhilfsmittels die Grenznutzungsdauer des
Schleifprodukts. Insbesondere erhöhen Schleifhilfsmittel allgemein
die Schleifeffizienz oder Materialabtragsrate (d. h. das Gewicht eines
Metallwerkstücks,
das je Gewicht an verlorenem Schleifgegenstand abgetragen wird)
eines Schleifgegenstandes auf einem Metallwerkstück. Ohne an theoretische Erklärungen gebunden
sein zu wollen, wird davon ausgegangen, dass ein oder mehrere Schleifhilfsmittel
(a) die Reibung zwischen dem Schleifmaterial und dem abgeschliffenen
Werkstück
verringern, (b) verhindern, dass Schleifteilchen "überdeckt" werden (d. h. verhindern, dass sich
Metallteilchen an den Oberseiten der Schleifteilchen festschweißen) oder
wenigstens die Überdeckungsneigung
von Schleifteilchen verringern, (c) die Grenzflächentemperatur zwischen dem
Schleifteilchen und dem Werkstück
senken oder (d) die Schleifkräfte
verringern. Als einige Beispiele brauchbarer Schleifhilfsmittel
seinen Halogenidsalze, Metalle und ihre Legierungen genannt. Die
anorganischen Halogenidverbindungen brechen in der Regel während des
Schleifens auf und setzen eine Halogensäure oder eine gasförmige Halogenidverbindung
frei. Zu Beispielen von Halogenidsalzen gehören Natriumchlorid, Kaliumkryolith,
Natriumkryolith, Ammoniumkryolith, Kaliumtetrafluorborat, Natriumtetrafluorborat,
Siliciumfluoride, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid. Zu Beispielen
von Metallen gehören
Zinn, Blei, Bismut, Kobalt, Antimon, Kadmium, Eisen und Titan. Zu
weiteren brauchbaren Schleifhilfsmitteln gehören Schwefel, Graphit und Metallsulfide.
Die oben genannten Beispiele von Schleifhilfsmitteln sollen eine
repräsentative
Darstellung von Schleifhilfsmitteln sein und erheben keinen Anspruch
auf eine vollständige
Nennung sämtlicher
Schleifhilfsmittel.
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Brauchbare
Fasern beeinflussen allgemein Eigenschaften der keramischen Aggregatteilchen,
wie zum Beispiel Schleifeigenschaften, elektronische Eigenschaften,
Verstärkungseigenschaften
usw. Zu beispielhaften brauchbaren Fasern gehören anorganische Oxid-, Nitrid- und Karbidzusammensetzungen.
Anorganische Fasern können
kristallin oder nicht-kristallin sein und können von natürlichen
Mineralien abgeleitet oder aus Lösungs-,
Sol- oder Polymervorläufern
synthetisiert sein. Fasern können
durch Blasen oder Ziehen aus einer Schmelze hergestellt werden,
wie im Fall herkömmlicher
Glasfasern, oder können
durch Trocken- oder Nassspinnprozesse zu kontinuierlichen Formen
hergestellt werden, wie im Fall einiger polykristalliner Keramikfasern.
Kontinuierliche Fasern können
zu kurzen, diskontinuierlichen Abschnitten weiterverarbeitet und
als Feststoffteilchen verwendet werden.
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Zu
brauchbaren elektronisch aktiven Teilchen gehören leitfähige Teilchen (zum Beispiel
Graphitteilchen, Rußteilchen
oder andere antistatische Stoffe), ferroelektrische Teilchen (zum
Beispiel Bleizirkonattitanat, Bariumtitanat und Bleilanthanzirkonattitanat),
Magnetteilchen (zum Beispiel Magnetit, Bariumhexaferrit), superleitfähige Teilchen
oder Kombinationen dieser Materialien.
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Brauchbare
Pigmentteilchen sind in der Regel anorganische Materialien, die
allgemein Eigenschaften von keramischen Aggregatteilchen beeinflussen,
wie zum Beispiel Farbe, Weißgrad
oder Opazität.
Zu beispielhaften brauchbaren Pigmenten gehören Eisenoxide, Kobaltoxid,
Mangandioxid und Titanoxide. Zu weiteren beispielhaften brauchbaren
Pigmenten gehören
Verbindungen von Seltenerden-, Nickel-, Kadmium-, Chrom- und Kupferelementen.
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Herstellungsverfahren
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Eine
Ausführungsform
eines Verfahrens zum Herstellen der keramischen Aggregatteilchen
der vorliegenden Erfindung umfasst den Schritt, eine Zusammensetzung,
die härtbares
Bindemittelvorläufermaterial, keramisches
Bindemittelvorläufermaterial
und mehrere Feststoffteilchen umfasst, in keramische Aggregatvorläuferteilchen
umzuwandeln. Dieses Verfahren zur Herstellung von keramischen Aggregatteilchen
ist in der Anmeldung des Anmelders mit der US-Seriennummer 09/972,316
beschrieben, die am selben Tag wie diese Anmeldung eingereicht wurde
und in den vorliegenden Text aufgenommen wird. Ein Verfahren zur
Herstellung solcher Teilchen umfasst die Schritte, die Zusammensetzung
durch mindestens eine Öffnung
in einem mit Durchbrüchen
versehenen Substrat zu leiten, die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
von dem mit Durchbrüchen
versehenen Substrat zu trennen und die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
wenigstens teilweise auszuhärten.
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Im
Sinne des vorliegenden Textes meint der Ausdruck "härtbares Bindemittelvorläufermaterial" jegliches Material,
das verformbar ist oder durch Wärme
oder Druck oder beides verformbar gemacht werden kann und das wenigstens
teilweise ausgehärtet
werden kann, so dass ein Material, wie zum Beispiel keramische Aggregatvorläuferteilchen,
entsteht, das handhabbar und auffangbar ist. Im Sinne des vorliegenden
Textes meint – in
Bezug auf härtbares
Bindemittelvorläufermaterial – der Ausdruck "mindestens teilweise
ausgehärtet", dass "ein Teil" des härtbaren
Bindemittelvorläufermaterials
oder "alles" härtbare Bindemittelvorläufermaterial
zu einem solchen Grad ausgehärtet
ist, dass es handhabbar und auffangbar ist. Der Ausdruck "mindestens teilweise
ausgehärtet" bedeutet nicht,
dass ein Teil des härtbaren
Bindemittelvorläufers
oder der gesamte härtbare
Bindemittelvorläufer
immer vollständig
ausgehärtet
ist, sondern dass er – nachdem
er mindestens teilweise ausgehärtet
ist – ausreichend
ausgehärtet
ist, um handhabbar und auffangbar zu sein.
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Im
Sinne des vorliegenden Textes meint der Ausdruck "handhabbar und auffangbar" Material, das im Wesentlichen
nicht fließt
oder keine wesentliche Formveränderung
erfährt.
Keramische Aggregatvorläuferteilchen
und keramische Aggregatteilchen, die handhabbar und auffangbar sind,
bleiben im Allgemeinen intakt, wenn auf sie eine Kraft einwirkt,
die einen Körper
im Allgemeinen mechanisch beansprucht oder verformt. Keramische
Aggregatvorläuferteilchen
und keramische Aggregatteil chen, die handhabbar und auffangbar sind, bleiben
im Allgemeinen nicht intakt, wenn auf sie eine Kraft einwirkt, die
einen Körper
im Allgemeinen mechanisch beansprucht oder verformt.
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Im
Sinne des vorliegenden Textes meint der Ausdruck "keramisches Bindemittelvorläufermaterial" teilchenförmige Zusatzstoffe,
die – wenn
sie auf eine Temperatur erwärmt
werden, die ausreicht, organische Materialien auszubrennen, die
in dem keramischen Aggregatvorläuferteilchen
vorhanden sind – sich
anschließend
miteinander verbinden können,
so dass eine starre keramische Phase, die die keramischen Aggregatteilchen
miteinander verbindet, gebildet wird und ein keramisches Aggregatteilchen
entsteht. Zu keramischem Bindemittelvorläufermaterial kann kristallines
oder nicht-kristallines keramisches Material gehören. Im Weiteren meint "keramisches Aggregatvorläuferteilchen", dass sich das keramische
Bindemittelvorläufermaterial noch
nicht ausreichend verbunden hat, um ein Teilchen entstehen zu lassen,
das handhabbar und auffangbar ist. Im Weiteren meint "keramisches Aggregatteilchen", dass sich das keramische
Bindemittelvorläufermaterial ausreichend
verbunden hat, um ein Teilchen entstehen zu lassen, das handhabbar
und auffangbar ist. In der Regel stellen Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung mindestens einen Teil der keramischen Aggregatteilchen
mit einem Seitenverhältnis
größer als
eins bereit.
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Im
Weiteren meint "im
Wesentlichen lösemittelfrei", dass die Zusammensetzung,
die zur Herstellung keramischer Aggregatvorläuferteilchen verwendet wird,
weniger als 10 % Lösemittel
enthält.
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Härtbarer
Bindemittelvorläufer
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Härtbarer
Bindemittelvorläufer
kann durch Strahlungsenergie oder Wärmeenergie gehärtet werden.
In der Regel umfasst strahlungshärtbares
Bindemittelvorläufermate rial
mindestens eines der Folgenden: Epoxidharz, acryliertes Urethanharz,
acryliertes Epoxidharz, ethylenisch ungesättigtes Harz, Aminoplastharz
mit mindestens einer ungesättigten
Carbonyl-Seitengruppe, Isocyanuratderivate mit mindestens einer
Acrylat-Seitengruppe, Isocyanatderivate mit mindestens einer Acrylat-Seitengruppe
oder Kombinationen daraus. Zu weiteren brauchbaren strahlungshärtbarem
Bindemittelvorläufermaterial
gehören
Vinylether.
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Epoxidharze
haben einen Oxiranring und werden durch die Ringöffnung über einen kationischen Mechanismus
polymerisiert. Zu brauchbaren Epoxidharzen gehören monomere Epoxidharze und
polymere Epoxidharze. Diese Harze können hinsichtlich der Art ihrer
Hauptketten und Ersatzgruppen über
einen weiten Bereich variieren. Zum Beispiel kann die Hauptkette
von jedem beliebigen Typ sein, der normalerweise mit Epoxidharzen
assoziiert ist, und die Ersatzgruppen daran können jede beliebige Gruppe
sein, die frei von einem aktiven Wasserstoffatom sind, das mit einem
Oxiranring bei Raumtemperatur reagiert. Zu repräsentativen Beispielen von Ersatzgruppen
für Epoxidharze
gehören
Halogene, Estergruppen, Ethergruppen, Sulfonatgruppen, Siloxangruppen,
Nitrogruppen und Phosphatgruppen. Zu Beispielen einiger Epoxidharze,
die sich für
diese Erfindung eignen, gehören
2,2-bis[4-(2,3-epoxypropoxy)phenyl]propan (Diglycidylether von Bisphenol
A) und Materialien unter der Handelsbezeichnung "EPON 828", "EPON
1004" und "EPON 1001F", auf dem freien Markt
zu beziehen bei der Shell Chemical Co., Houston, Texas, "DER-331", "DER-332" und "DER-334", auf dem freien
Markt zu beziehen bei der Dow Chemical Co., Freeport, Texas. Zu
weiteren geeigneten Epoxidharzen gehören Glycidylether von Phenolformaldehydnovolac
(zum Beispiel "DEN-431" und "DEN-428", auf dem freien
Markt zu beziehen bei der Dow Chemical Co.). Die Epoxidharze, die
in der Erfindung verwendet werden, können über einen kationischen Mechanismus
mit der Zugabe eines oder mehrerer geeigneter Photoinitiationsmittel
polymerisieren. Diese Harze sind in den US-Patenten Nr. 4,318,766
und Nr. 4,751,138 weiter beschrieben, die durch Bezugnahme in den
vorliegenden Text aufgenommen werden.
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Zu
beispielhaftem acryliertem Urethanharz gehört ein Diacrylatester eines
Hydroxy-terminierten Isocyanatverlängerten Polyesters oder Polyetters.
Zu Beispielen für
handelsübliches
acryliertes Urethanharz gehören "WITHANE 782" und "WITHANE 783," beides zu beziehen
bei Morton Thiokol Chemical, Moss Point, Mississippi, und "CMD 6600", "CMD 8400" und "CMD 8805", alle zu beziehen
bei Radcure Specialties, Pampa, Texas.
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Zu
beispielhaftem acryliertem Epoxidharz gehört ein Diacrylatester von Epoxidharz,
wie zum Beispiel das Diacrylatester eines Epoxidharzes wie zum Beispiel
Bisphenol. Zu Beispielen für
handelsübliches
acryliertes Epoxidharz gehören "CMD 3500", "CMD 3600" und "CMD 3700", zu beziehen bei
Radcure Specialties.
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Zu
beispielhaftem ethylenisch ungesättigtem
Harz gehören
sowohl monomere als auch polymere Verbindungen, die Atome von Kohlenstoff,
Wasserstoff und Sauerstoff und optional Stickstoff oder den Halogenen enthalten.
Sauerstoffatome, Stickstoffatome oder beides sind im Allgemeinen
in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnstoff-Gruppen vorhanden.
Ethylenisch ungesättigtes
Harz hat in der Regel ein Molekulargewicht von weniger als etwa
4.000 und ist bei einer Ausführungsform
ein Ester, das aus der Reaktion von Verbindungen resultiert, die
aliphatische Monohydroxy-Gruppen oder aliphatische Polyhydroxy-Gruppen
und ungesättigte Carbonsäuren, wie
zum Beispiel Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Itaconsäure,
Crotonsäure,
Isocrotonsäure,
Maleinsäure
und dergleichen enthalten.
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Zu
repräsentativen
Beispielen weiterer brauchbarer Acrylate gehören Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Ethylenglycoldiacrylat,
Ethylenglycolmethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat,
Trimethylolpropantriacrylat, Glyceroltriacrylat, Pentaerythritoltriacrylat,
Pentaerythritolmethacrylat und Pentaerythritoltetraacrylat. Zu weiteren
brauchbaren ethylenisch ungesättigten
Harzen gehören
Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethylallylester und -amide von Carbonsäuren, wie
zum Beispiel Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-diallyladipamid.
Zu weiteren brauchbaren ethylenisch ungesättigten Harzen gehören Styren,
Divinylbenzen und Vinyltoluen. Zu weiteren brauchbaren stickstoffhaltigen,
ethylenisch ungesättigten
Harzen gehören tris(2-acryloyl-oxyethyl)isocyanurat,
1,3,5-tri(2-methyacryloxyethyl)-s-triazin,
Acrylamid, Methylacrylamid, N-methylacrylamid, N,N-dimethylacrylamid,
N-vinylpyrrolidon und N-vinylpiperidon.
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Einige
brauchbare Aminoplastharze können
monomer oder oligomer sein. In der Regel haben die Aminoplastharze
mindestens eine α,β-ungesättigte Carbonyl-Seitengruppe
je Molekül.
Diese α,β-ungesättigten Carbonyl-Gruppen
können
Acrylat-, Methacrylat- oder Acrylamid-Gruppen sein. Zu Beispielen
solcher Harze gehören
N-hydroxymethylacrylamid, N,N'-oxydimethylenbisacrylamid,
ortho- und paraacrylamidmethyliertes Phenol,
acrylamidmethyliertes phenolisches Novolac und Kombinationen daraus.
Diese Materialien sind in den US-Patenten Nr. 4,903,440 und Nr.
5,236,472 weiter beschrieben, die durch Bezugnahme in den vorliegenden Text
aufgenommen werden.
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Brauchbare
Isocyanuratderivate mit mindestens einer Acrylat-Seitengruppe und
Isocyanatderivate mit mindestens einer Acrylat-Seitengruppe sind
im US-Patent Nr. 4,652,274 weiter beschrieben, das durch Bezugnahme
in den vorliegenden Text aufgenommen wird. Ein solches Isocyanuratmaterial
ist ein Triacrylat von tris(2-hydroxyethyl)isocyanurat.
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Zu
Beispielen von Vinylethern, die sich für diese Erfindung eignen, gehören Vinylether-funktionalisierte Urethanoligomere,
auf dem freien Markt zu beziehen bei Allied Signal, Morristown,
New Jersey, unter den Handelsbezeichnungen "VE 4010", "VE
4015", "VE 2010", "VE 2020" und "VE 4020".
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Keramisches
Bindemittelvorläufermaterial
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Zu
keramischem Bindemittelvorläufer
gehören
kristalline und/oder nicht-kristalline keramische Materialien. In
der Regel wird keramisches Bindemittelvorläufermaterial ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Glaspulver, Fritten, Ton, Flussmineralien,
Siliciumdioxid-Solen, sinterfähigen
keramischen Pulvern oder Kombinationen daraus. Nach dem Erwärmen bildet
das keramische Bindemittelvorläufermaterial
keramisches Bindemittel. In der Regel verbindet – unter Verwendung eines Verfahrens
der vorliegenden Erfindung – das
keramische Bindemittel Feststoffteilchen, wie zum Beispiel Schleifkörner, miteinander,
so dass keramische Aggregatteilchen entstehen.
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Zu
brauchbarem Glaspulver kann Glaspulver auf Silikat- oder Nicht-Silikat-Basis
gehören.
Glaspulver auf Silikatbasis können
Einphasen- oder Mehrkomponentensysteme sein. Bei einer Ausführungsform
enthält ein
Einphasen-Glaspulver
glasartiges Siliciumdioxid. Mehrkomponenten-Silikatglaspulver enthält in der
Regel Modifikatoren oder Zwischenprodukte, wie zum Beispiel Metalloxide.
Zu brauchbaren Beispielen für
Mehrkomponenten-Silikatglaspulver gehören Alkalisilikate, die Alkalimetalloxide
enthalten; Sodakalkglassorten, die Alkali- und Erdalkalimetalloxide
und in der Regel noch kleine Mengen Aluminiumoxid und sonstige weitere
Oxide enthalten; Borsilikatglassorten; Aluminiumsilikatglassorten;
und Bleiglassorten. Zu brauchbarem Glaspulver auf Nicht-Silikat-Basis können glasartige
Metall- und Nichtmetalloxidsysteme gehören, einschließlich beispielsweise P2O5, GeO2,
B2O3, Al2O3, Li2O,
Na2O, K2O, BeO,
MgO, CaO, BaO, PbO, ZnO und FeO. Zu weiteren brauchbaren Beispielen
von Nicht-Silikat-Glassorten gehören
Boratglassorten, wie zum Beispiel Lindemann-Glassorten (Li2O·BeO·B2O3), Phosphatglassorten,
Kalziumaluminatglassorten und Kalziumgermanatglassorten. Definitionsgemäß sind Glaskeramiksorten
zu mindestens 50 Gewichts-% kristallin. Zu Beispielen kristalliner
Phasen gehören β-Quarz, β-Quarz-Feststofflösung, β-Spodumen-Feststofflösung, Li2O·Al2O3·(SiO2)4-10, Lithiummetasilikat-Lithiumdisilikat,
Li2O·SiO2-Li2O·2SiO2, β-Spodumen-Feststofflösung-Mullit,
Li2O·Al2O3·(SiO2)4-10-3Al2O3·2SiO2, α-Quarz-Feststofflösung-Spinell-Enstatit, SiO2-MgO·Al2O3-MgO·SiO2. Titanat oder Zirkonate werden in der Regel
als die primären
kristallinen Kerne verwendet.
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Zu
beispielhaften Frittenbindemittelvorläufern gehören Feldspat, Borax, Quarz,
kalzinierte Soda, Bleioxidrot, Zinkoxid, Schlämmkreide, Antimontrioxide,
Titandioxid, Natriumhexafluorosilikat, Flint, Kryolith, Borsäure und
Kombinationen daraus. Ein Verfahren zur Herstellung von Fritten
umfasst das Erwärmen
eines Pulvers eines bestimmten Frittenmaterials, bis das Pulver
verschmilzt, Abkühlenlassen
des verschmolzenen Pulvers und dann Zerkleinern und Sieben des verschmolzenen
Pulvers zu einem sehr feinen Pulver, das als ein Frittenbindemittelvorläufer verwendet
wird. Bei einer Ausführungsform
umfasst ein Frittenbindemittelvorläufer 63 Gewichts-%
Siliciumdioxid, 12 Gewichts-% Aluminiumoxid, 1,2 Gewichts-% Kalziumoxid,
6,3 Gewichts-% Natriumoxid, 7,5 Gewichts-% Kaliumoxid und 10 Gewichts-%
Boroxid. Die Temperatur, bei der ein Pulver verschmilzt, richtet
sich nach der Pulverchemie. Bei einer Ausführungsform kann die Temperatur
im Bereich von etwa 800°C
(1472°F)
bis etwa 1800°C
(3272°F)
liegen. Bei einer weiteren Ausführungsform
kann die Temperatur im Bereich von etwa 900°C (1652°F) bis etwa 1400°C (2552°F) liegen.
Fritten können
mit anderen keramischen Bindemittelvorläufern zu einem keramischen
Bindemittelvorläufer
kombiniert werden, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Bei einer Ausführungsform
kann der keramische Bindemittelvorläufer etwa 1 bis 100 % Fritten,
bei einer weiteren Ausführungsform
etwa 20 bis 100 % Fritten umfassen. Weiter Einzelheiten zu Frittenbindemittelvorläufern finden
sich im US-Patent Nr. 4,898,597 (Hay), dessen Offenbarung durch
Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
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Zu
brauchbarem Ton können
kristalline Hydratsilikate von Aluminium-, Eisen- und Magnesiumverbindungen
gehören.
Zu nicht-einschränkenden
Beispielen gehören
Kaolin, Töpferton,
hochfeuerfester Ton, Bentonit, Fullererde, aktivierte Tone, kalzinierte
Tone und kolloidale Tone.
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Zu
brauchbaren Flussmineralien können
Materialien gehören,
die bei niedrigen Temperaturen mit anderen vorliegenden Materialien
zu einer Glasphase reagieren, wodurch die erforderliche Brenntemperatur
eines keramischen Bindemittelvorläufers verringert wird. Bei
einer Ausführungsform
können
zu brauchbaren Flussmineralien Alkali- oder Erdalkalioxide, Boroxid
oder Bleioxid gehören.
Zu brauchbaren Beispielen für Flussmineralien
gehören
Kaliumfehdspat, Natriumfeldspat, Kalziumfeldspat, Nephelinsyenit,
Talkum, kalzinierte Soda, Borax und Bleioxide.
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Siliciumdioxid-Solen
umfassen in der Regel Siliciumdioxidteilchen. Im Sinne des vorliegenden
Textes meint der Begriff "Sol" eine kolloidale
Dispersion aus im Wesentlichen nicht-aggregierten, anorganischen
Oxidteilchen (zum Beispiel Siliciumdioxidteilchen) in einem flüssigen Medium
(zum Beispiel wässrig
oder nicht-wässrig).
Zu beispielhaften Siliciumdioxid-Solen in wässrigen Lösungen gehören "LUDOX" (zu beziehen bei E. I. DuPont de Nemours
and Co., Wilmington, Delaware, unter der Handelsbezeichnung "LUDOX"), "NYACOL" (zu beziehen bei
Nyacol Co., Ashland, Massachusetts, unter der Handels bezeichnung "NYACOL") und "NALCO" (zu beziehen bei
Nalco Chemical Co., Oak Brook, Illinois, unter der Handelsbezeichnung "NALCO"). Zu beispielhaften
Siliciumdioxid-Solen in nicht-wässrigen
Lösungen
(auch Siliciumdioxid-Organosolen genannt) gehören "NALCO 1057" (ein Siliciumdioxid-Sol in 2-Propoxyethanol)
(zu beziehen bei Nalco Chemical Co., Oak Brook, Illinois, unter
der Handelsbezeichnung "NALCO
1057"), "MA-ST, IP-ST" und "EG-ST" (zu beziehen bei
Nissan Chemical Ind., Tokio, Japan, unter der Handelsbezeichnung "MA-ST, IP-ST" und "EG-ST"). Bei einer Ausführungsform
haben die kolloidalen Siliciumdioxidteilchen einen mittleren Teilchendurchmesser im
Bereich von etwa 5 bis etwa 100 Nanometern. Bei einer weiteren Ausführungsform
haben die Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich
von etwa 10 bis etwa 50 Nanometern. Weitere beispielhafte Siliciumdioxid-Solen
sind in US-Patent Nr. 5,611,829 (Monroe und Mitarbeiter) und US-Patent
Nr. 5,645,619 (Erickson und Mitarbeiter) beschrieben, deren Offenbarungen
durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden. Gemäß einem
weiteren Aspekt kann der pH-Wert eines Sols so eingestellt werden,
dass eine Dispersionsstabilität
des Sols erreicht wird. Bei einer Ausführungsform kann der pH-Wert
alkalisch sein (zum Beispiel ein pH-Wert im Bereich von etwa 8 bis
etwa 11). Bei einer weiteren Ausführungsform kann der pH-Wert
sauer sein (zum Beispiel ein pH-Wert im Bereich von etwa 2 bis etwa
6).
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Zu
brauchbaren sinterfähigen
keramischen Pulvern können
kristalline Oxide, nicht-kristalline Oxide, Carbide, Nitride, Silicide,
Boride, Phosphide, Sulfide, Telluride und Selenide gehören. Zu
brauchbaren Beispielen von sinterfähigen keramischen Pulvern gehören Aluminiumoxid,
Siliciumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid-Zirkondioxid,
Siliciumcarbid, Titancarbid, Titanborid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid,
Ferrite, Eisensulfid.
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Bei
der Herstellung einer Zusammensetzung, die härtbares Bindemittelvorläufermaterial,
keramisches Bindemittelvorläufermaterial
und mehrere Feststoffteilchen umfasst, können viele verschiedene Gewichtsprozentanteile
für jede
Komponente nützlich
sein. Beispielhafte Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
können
relativ höhere
Gewichtsprozentanteile von Feststoffteilchen (zum Beispiel Schleifkörner) und
keramischen Bindemittelvorläufern
als härtbare
Bindemittelvorläufer
enthalten. Ein Verringern der Menge an härtbarem Bindemittelvorläufer kann
vorteilhaft sein, weil der härtbare
Bindemittelvorläufer
während
des Erwärmungsschrittes "ausgebrannt" wird, was als Vergeudung
angesehen werden kann. In einer brauchbaren Ausführungsform kann das härtbare Bindemittelvorläufermaterial
im Bereich von etwa 5 Gewichts-% bis etwa 22 Gewichts-% liegen;
bei einer weiteren brauchbaren Ausführungsform im Bereich von etwa
7 Gewichts-% bis etwa 13 Gewichts-%; und bei einer weiteren brauchbaren
Ausführungsform
im Bereich von etwa 8 Gewichts-% bis etwa 10 Gewichts-%. Bei einer
brauchbaren Ausführungsform
kann das keramische Bindemittelvorläufermaterial im Bereich von
etwa 11 Gewichts-% bis etwa 63 Gewichts-% liegen; bei einer weiteren
brauchbaren Ausführungsform
im Bereich von etwa 22 Gewichts-% bis etwa 37 Gewichts-%; und bei
einer weiteren brauchbaren Ausführungsform
im Bereich von etwa 26 Gewichts-% bis etwa 31 Gewichts-%. Bei einer
brauchbaren Ausführungsform
können
die mehreren Feststoffteilchen im Bereich von etwa 29 Gewichts-%
bis etwa 81 Gewichts-% liegen; bei einer weiteren brauchbaren Ausführungsform
im Bereich von etwa 52 Gewichts-% bis etwa 70 Gewichts-%; und bei
einer weiteren brauchbaren Ausführungsform
im Bereich von etwa 60 Gewichts-% bis etwa 66 Gewichts-%. Brauchbare
Zusammensetzungen können
auf organischer Basis, auf wässriger
Basis oder im Wesentlichen lösemittelfrei
sein. Bei einer Ausführungsform
kann die Zusammensetzung weniger als 10 Lösemittel enthalten. Bei einer
weiteren Ausführungsform
kann die Zusammensetzung weniger als 0,5 % Löse mittel enthalten. Und bei
einer weiteren Ausführungsform
kann die Zusammensetzung weniger als 0,1 % Lösemittel enthalten.
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Initiator
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Optional
kann die härtbare
Zusammensetzung des Weiteren einen Initiator umfassen, der ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus Photoinitiator, thermischem Initiator
und Kombinationen daraus. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann
ein thermischer Initiator verwendet werden, wenn Wärmeenergie
in dem Schritt des teilweisen Härtens
verwendet wird, und Photoinitiatoren können verwendet werden, wenn
ultraviolettes und/oder sichtbares Licht in dem Schritt des teilweisen
Härtens
verwendet wird. Die Forderung nach einem Initiator kann von der
Art des verwendeten härtbaren
Bindemittelvorläufers
und/oder von der Art der Energie (zum Beispiel Elektronenstrahl
oder ultraviolettes Licht) abhängen.
Zum Beispiel erfordern härtbare
Bindemittelvorläufer
auf Phenolbasis in der Regel nicht die Beigabe eines Initiators,
wenn sie thermisch ausgehärtet
werden. Demgegenüber
erfordern härtbare
Bindemittelvorläufer
auf Acrylatbasis in der Regel die Beigabe eines Initiators, wenn
sie thermisch ausgehärtet
werden. Als ein weiteres Beispiel sind Initiatoren in der Regel
nicht erforderlich, wenn während
des Schrittes des teilweisen Härtens
Elektronenstrahlenergie verwendet wird. Wenn jedoch ultraviolettes
oder sichtbares Licht verwendet wird, so ist ein Photoinitiator
in der Regel ein Bestandteil der Zusammensetzung.
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Unter
Einwirkung von Wärmeenergie
erzeugt ein thermischer Initiator eine Quelle freier Radikale. Die Quelle
freier Radikale initiiert dann die Polymerisation des härtbaren
Bindemittelvorläufers.
Zu beispielhaften thermischem Initiatoren gehören organische Peroxide (zum
Beispiel Benzoilperoxid), Azoverbindungen, Quinone, Nitrosoverbindungen,
Acylhalogenide, Hydrazone, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen,
Imidazole, Chlortriazine, Benzoin, Benzoinalkylether, Diketone,
Phenone und Gemische daraus. Azoverbindungen, die sich als thermische
Initiatoren in der vorliegenden Erfindung eignen, können unter
den Handelsbezeichnungen VAZO 52, VAZO 64 und VAZO 67 von E.I. duPont
deNemours and Co., Wilmington, Delaware, bezogen werden.
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Unter
Einwirkung von ultraviolettem oder sichtbarem Licht erzeugt der
Photoinitiator eine Quelle freier Radikale oder eine kationische
Quelle. Diese Quelle freier Radikale oder diese kationische Quelle
initiiert dann die Polymerisation des härtbaren Bindemittelvorläufers.
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Zu
beispielhaften Photoinitiatoren, die unter Einwirkung von ultraviolettem
Licht eine Quelle freier Radikale erzeugen, gehören zum Beispiel und ohne Einschränkung jene,
die ausgewählt
sind aus der Gruppe bestehend aus organischen Peroxiden (zum Beispiel
Benzoilperoxid), Azoverbindungen, Quinone, Benzophenone, Nitrosoverbindungen,
Acylhalogenide, Hydrozone, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen,
Triacrylimidazole, Bisimidazole, Chloralkytriazine, Benzoinether,
Benzilketale, Thioxanthone und Acetophenonderivate und Gemische
daraus. Beispiele für
Photoinitiatoren, die unter Einwirkung von sichtbarer Strahlung eine
Quelle freier Radikale erzeugen, sind im US-Patent Nr. 4,735,632
weiter beschrieben, dessen Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden
Text aufgenommen wird.
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Kationische
Photoinitiatoren erzeugen eine Säurequelle
zum Initiieren der Polymerisation eines Epoxidharzes oder eines
Urethans. Zu beispielhaften kationischen Photoinitiatoren gehört ein Salz
mit einem Oniumkation und einem halogenhaltigen komplexen Anion
eines Metalls oder Metalloids. Zu weiteren brauchbaren kationischen
Photoinitiatoren gehört
ein Salz mit einem metallorganischen komplexen Kation und einem halogenhaltigen komplexen
Anion eines Metalls oder Metalloids. Diese Photoinitiatoren sind
im US-Patent Nr. 4,751,138 weiter beschrieben, dessen Offenbarung
durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird. Ein
weiteres Beispiel ist ein metallorganisches Salz und eine Oniumsalz,
das im US-Patent Nr. 4,985,340 beschrieben ist, dessen Offenbarung
durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird. Zu weiteren
kationischen Photoinitiatoren gehören ein ionisches Salz eines
metallorganischen Komplexes, bei dem das Metall aus den Elementen
der Periodengruppen IVB, VB, VIB, VIIB und VIIIB ausgewählt ist. Diese
Photoinitiatoren sind im US-Patent
Nr. 5,089,536 weiter beschrieben, dessen Offenbarung durch Bezugnahme
in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
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Durch
ultraviolette Strahlung aktivierte Photoinitiatoren, die für die vorliegende
Erfindung geeignet sind, können
unter den Handelsbezeichnungen "IRGACURE
651", "IRGACURE 184", "IRGACURE 369" und "IRGACURE 819" von der Ciba Geigy
Company, Winterville, Mississippi, "Lucirin TPO-L" von der BASF Corp., Livingston, New
Jersey, und "DAROCUR
1173" von Merck & Co., Rahway,
New Jersey, bezogen werden.
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Bei
einer Ausführungsform
kann die Gesamtmenge an Initiator (entweder Photoinitiator, thermischer Initiator
oder Kombinationen daraus) im Bereich von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent
des härtbaren
Bindemittelvorläufers,
bei einer weiteren Ausführungsform
von etwa 1 bis etwa 5 Gewichtsprozent des härtbaren Bindemittelvorläufers liegen.
Wenn sowohl ein Photoinitiator als auch ein thermischer Initiator
verwendet werden, so liegt das Verhältnis von Photoinitiator zu
thermischem Initiator zwischen etwa 3,5:1 bis etwa 0,5:1.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt kann – wenn
in dem Schritt des mindestens teilweisen Härtens ultraviolette oder sichtbare
Lichtenergie verwendet wird – die
Zusammen setzung auch einen Photosensibilisator enthalten. Ein Photosensibilisator
erweitert die Wellenlänge,
bei der der Initiator oder das Monomer freie Radikale bilden. Zu
beispielhaften Photosensibilisatoren gehören Verbindungen mit Carbonyl-Gruppen
oder tertiären
Amino-Gruppen und Gemische daraus. Brauchbare Beispiele von Verbindungen
mit Carbonyl-Gruppen sind Benzophenon, Acetophenon, Benzil, Benzaldehyd,
o-Chlorbenzaldehyd, Xanthon, Thioxanthon, 9,10-Anthraquinon und
weitere aromatische Ketone. Brauchbare Beispiele für tertiäre Amine
sind Methyldiethanolamin, Ethyldiethanolamin, Triethanolamin, Phenylmethylethanolamin
und Dimethylaminoethylbenzoat. Bei einer Ausführungsform kann die Menge an
Photosensibilisator in der Zusammensetzung im Bereich von etwa 0,01
bis 10 Gewichts-% des härtbaren
Bindemittelvorläufers
liegen. Bei einer weiteren Ausführungsform
kann die Menge an Photosensibilisator in der Zusammensetzung im
Bereich von etwa 0,25 bis 4 Gewichts-% des härtbaren Bindemittelvorläufers liegen.
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Modifizierende
Zusatzstoffe
-
Modifizierende
Zusatzstoffe sind in der Regel in der härtbaren Zusammensetzung enthalten,
um die Verarbeitungscharakteristika der Zusammensetzung zu verändern (zum
Beispiel Ändern
der Viskosität
usw.). Zu brauchbaren Beispielen für modifizierende Zusatzstoffe
gehören
Haftvermittler, Netzmittel, Fließmittel, grenzflächenaktive
Stoffe und Kombinationen daraus. Viele Zusatzstoffe neigen während des
Erwärmungsschrittes
zum Zersetzen.
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Haftvermittler
verbessern allgemein die Adhäsion
zwischen einer Festkörperoberfläche (zum
Beispiel Schleifkörner)
und härtbarem
Bindemittelvorläufer.
Zu brauchbaren Beispielen für
Haftvermittler, die sich für diese
Erfindung eignen, gehören
Organosilane, Zirkoaluminate und Titanate. Ein Schleifkorn kann
auch einen Haftver mittler auf seiner Oberfläche enthalten, wie zum Beispiel
einen Silan-Haftvermittler.
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Netzmittel
oder grenzflächenaktive
Stoffe steuern allgemein die Rheologie der Zusammensetzung während der
Verarbeitung. Allgemein kann jede beliebige Art von Netzmittel,
d. h. anionisch, kationischen, nichtionisch, amphoter, zwitterionisch
usw., in der Zusammensetzung verwendet werden. Zu brauchbaren Beispielen
für Netzmittel
gehören
INTERWET 33 von Chemie America Interstab Chemicals, New Brunswick,
New Jersey, FLUORAD von 3M Co., St. Paul, Minnesota, oder AEROSOL
OT von Rohm Haas, Philadelphia, Pennsylvania.
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Fließmittel
verhindern allgemein ein "Festbacken" von Pulvern während der
Verarbeitung. Zum Beispiel kann ein Fließmittel in der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, um zu verhindern, dass keramischer Bindemittelvorläufer während des
Herstellungsschrittes festbäckt.
Zu brauchbaren Beispielen von Fließmitteln gehören Kondensate
von Ethylenoxid und ungesättigten
Fettsäuren.
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Keramische
Aggregatteilchen
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden aus einer Zusammensetzung keramische
Aggregatvorläuferteilchen
hergestellt, indem man die Zusammensetzung durch eine Öffnung passieren lässt. Zum
Beispiel veranschaulicht 1 ein keramisches Aggregatteilchen
der vorliegenden Erfindung. Das keramische Aggregatteilchen 80 selbst
umfasst mehrere Feststoffteilchen 84, die mit einem keramischen
Bindemittel 82 überzogen
und in das keramische Bindemittel 82 eingebettet sind.
Optional kann ein Zwischenraum 86 vorhanden sein, der kein
keramisches Bindemittel 82 enthält und der einen Zugang von
der Außenfläche des
Teilchens her ermöglicht
und geeignet ist, das Eindringen von Fluiden zu gestatten. Ein solches
Eindringen von Flui den verleiht dem Aggregatteilchen eine "oberflächenverbundene
Porosität". Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung haben keramische Aggregatteilchen ein
Seitenverhältnis
größer als
eins und in der Regel im Bereich von größer als eins bis 30. Im Sinne
des vorliegenden Textes meint der Ausdruck "Seitenverhältnis" die längste Abmessung des Teilchens
(L), geteilt durch die kürzeste
Abmessung des Teilchens (W). Bei einer weiteren Ausführungsform
haben die Teilchen ein Seitenverhältnis im Bereich von größer als
eins bis 10. Und bei einer weiteren Ausführungsform haben die Teilchen
ein Seitenverhältnis
im Bereich von größer als
eins bis 3.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt können
keramische Aggregatteilchen, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt sind, verschiedene Größen haben (zum Beispiel keramische
Aggregatteilchen mit verschiedenen Durchmessern). Bei einer Ausführungsform
zum Beispiel bildet eine Zusammensetzung, die man durch ein mit
Durchbrüchen
versehenes Substrat mit einer oder mehreren kreisrunden Öffnungen
passieren lässt, allgemein
keramische Aggregatvorläuferteilchen
mit annähernd
kreisrunden Querschnitten von etwa dem gleichen Durchmesser wie
die eine oder die mehreren Öffnungen.
Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
keramische Aggregatteilchen einen Durchmesser im Bereich von etwa
25 Mikrometern (ein mil) bis etwa 12.700 Mikrometern (500 mil) haben.
Bei einer weiteren Ausführungsform
können
keramische Aggregatteilchen einen Durchmesser im Bereich von etwa
381 Mikrometern (15 mil) bis etwa 6350 Mikrometern (250 mil) haben.
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Eines
der Merkmale der vorliegenden Erfindung ist, dass die Aggregatteilchen,
die wie oben beschrieben hergestellt werden, im Wesentlichen gleichmäßige Querschnittsabmessungen – gemessen
entlang einer bestimmten Achse – haben.
Mit "im Wesentlichen
gleichmäßig" ist gemeint, dass
die Abmessung um nicht mehr als etwa 20 Prozent variiert, in der
Regel nicht mehr als etwa 10 Prozent.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt können
keramische Aggregatteilchen, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt werden, verschiedene Formen haben. Die Teilchen haben
Querschnittsformen, die gekrümmt,
kreisrund, dreieckig oder sechseckig sind. Teilchen mit einem Seitenverhältnis größer als
eins sind in der Regel stabförmig.
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Ein
beispielhaftes mit Durchbrüchen
versehenes Substrat kann ein Material mit einer oder mehreren Öffnungen
sein, das genügend
Festigkeit aufweist, damit man eine Zusammensetzung durch die eine
oder die mehreren Öffnungen
hindurchdrücken
kann, ohne das mit Durchbrüchen
versehene Substrat zu zerbrechen. Zu mit Durchbrüchen versehenen Substraten
können
im Allgemeinen zum Beispiel gehören:
Maschensiebe, wie sie zum Beispiel im US-Patent Nr. 5,090,968 beschrieben
sind, dessen Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden Text
aufgenommen wird, Folienblasköpfe,
Spinndüsen,
Siebbahnen, wie sie zum Beispiel im US-Patent Nr. 4,393,021 beschrieben
sind, oder Siebe, wie sie zum Beispiel im US-Patent Nr. 4,773,599 beschrieben sind,
deren Offenbarungen durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen
werden. Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthalten mit Durchbrüchen versehene Substrate konische
Siebe mit einer oder mehreren kreisrunden Öffnungen im Bereich von etwa
25 Mikrometern (ein mil) bis etwa 12.700 Mikrometern (500 mil) Durchmesser.
Bei einer weiteren Ausführungsform
enthalten mit Durchbrüchen
versehene Substrate konische Siebe mit einer oder mehreren kreisrunden Öffnungen
im Bereich von etwa 381 Mikrometern (15 mil) bis etwa 6350 Mikrometern
(250 mil) Durchmesser.
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Die
Formungsvorrichtung 18 in 3 kann jede
beliebige Materialformungsvorrichtung sein, wie zum Beispiel ein
Extruder, eine Mahl- oder Zerkleinerungsmaschine, eine Pelletisiermaschine
oder eine Wannenagglomeriervorrichtung. 4 veranschaulicht
eine bevorzugte Formungsvorrichtung 40, bei der es sich
um eine Zerkleinerungsmaschine handelt, bei Y-Tron Quadro (U.K.)
Limited, Chesham, Großbritannien,
unter der Handelsbezeichnung "QUADRO
COMIL" zu beziehen.
Die Formungsvorrichtung 40 hat einen Rührflügel 43, der an einer
drehbaren Welle 44 montiert ist. Die Welle 44 und
der Rührflügel 43 befinden
sich in einem Kanal 46 mit einem Eingang 48 und
einem Ausgang 50. Der Rührflügel 43 ist
so geformt und montiert, dass ein Spalt 52 zwischen einer äußeren Kante 45 des
Rührflügels 43 und
einer verjüngten,
mit Öffnungen
versehenen Wand 58 des Siebes 56 besteht, und
der Spalt 52 ist im Wesentlichen konstant, wenn sich der
Rührflügel 43 um
die Welle 44 dreht.
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Im
Allgemeinen kann die Querschnittsform des Rührflügels 43 zum Beispiel
rund oder flach sein oder aus winkeligem Flachmaterial bestehen.
In der Regel sind die Formen des Rührflügels 43, wie sie in
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, rund. Bei einer Ausführungsform
hat der Rührflügel 43 pfeilspitzenartige
Formen.
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Die
Breite des Spaltes 52 kann zum Beispiel von 25 Mikrometern
(1 mil) bis 5080 Mikrometern (200 mil) reichen. In der Regel liegt
die Breite des Spaltes 52 im Bereich von 127 Mikrometern
(5 mil) bis 1270 Mikrometern (50 mil).
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Das
Justieren der Drehzahl des Rührflügels 43 zum
Optimieren der Formung der keramischen Aggregatvorläuferteilchen
ist dem Fachmann geläufig.
In der Regel beträgt
die Drehzahl des Rührflügels 43 von
50 bis 3500 U/min.
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Der
Kanal 46 enthält
außerdem
einen Träger 54,
der so geformt und positioniert ist, dass er das Sieb 56 so
hält, dass
alles Material, das vom Eingang 48 zum Ausgang 50 gelangt,
das Sieb 56 passiert. Das Sieb 56 ist so geformt,
dass die verjüngte,
mit Öffnungen
versehene Wand 58 die Form eines Kegelstumpfes aufweist,
wobei ein weites Ende 60 des Siebes 56 offen ist
und ein schmales Ende 62 mindestens teilweise geschlossen
ist. Bei den meisten Verwendungszwecken ist es wünschenswert, dass das schmale
Ende 62 vollständig
geschlossen ist. Das Sieb 56 hat eine oder mehrere Öffnungen 64,
die mit einer Form versehen sind.
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Wie
in 5 gezeigt, können
die eine oder die mehreren Sieböffnungen 64 gekrümmt, kreisrund,
dreieckig oder sechseckig sein. In der Regel ist die Form der einen
oder der mehreren Sieböffnungen 64,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, kreisrund. Die
bevorzugten Formen für
die eine oder die mehreren Sieböffnungen 64 sind
kreisrund und haben einen Größenbereich
von 381 Mikrometern (15 mil) bis 6350 Mikrometern (250 mil) im Durchmesser
oder in der Diagonale.
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Wie
sofort aus 4 zu ersehen ist, ragt das Ende 66 der
Welle 44 aus dem Kanal 46 heraus. Eine (nicht
gezeigte) Antriebsquelle kann problemlos am Ende 66 der
Welle 44 angebracht werden, damit sich die Welle 44 und
der angebrachte Rührflügel 43 relativ
zum Sieb 56 drehen. In der Regel handelt es sich bei der Antriebsquelle
um einen drehzahlvariablen Elektromotor. Jedoch ist die Antriebsquelle
von herkömmlicher
Art, und es eignen sich viele weitere Antriebsquellen für den Antrieb
der Vorrichtung 40.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt beinhaltet die vorliegende Erfindung das mindestens
teilweise Härten der
Zusammensetzung, die in den keramischen Aggregatvorläuferteilchen
vorliegt. Bei einer Ausführungsform, wie
sie zum Beispiel in 3 veranschaulicht ist, werden
die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
mindestens teilweise gehärtet,
während
sie durch Schwerkraft durch eine Härtungszone 24 fallen.
Wie in 3 gezeigt, kann ein mindestens teilweises Härten handhabbare
und auffangbare keramische Aggregatvorläuferteilchen 28 erbringen,
die in einem Behälter 30 aufgefangen
werden.
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Das
mindestens teilweise Härten
der keramischen Aggregatvorläuferteilchen
kann durch eine Energiequelle 26 bewirkt werden. Zu einer
oder mehreren beispielhaften Energiequellen 26 gehören thermische und
Strahlungsenergie. In der Regel werden eine oder mehrere Strahlungsenergiequellen
verwendet. Beispielhafte Quellen von Strahlungsenergie sind Elektronenstrahlen,
ultraviolettes Licht, sichtbares Licht, Mikrowellen, Laserlicht
und Kombinationen daraus.
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Bei
einer Ausführungsform
wird ultraviolettes Licht als eine Strahlungsenergiequelle 26 verwendet, und
es werden Spiegel 25 in einer Härtungszone 24 verwendet,
um die ultravioletten Wellen so zu reflektieren, dass die Energie,
die zu den keramischen Aggregatvorläuferteilchen übertragen
wird, intensiviert wird. Ultraviolette Strahlung meint nicht-teilchenförmige Strahlung
mit einer Wellenlänge
im Bereich von etwa 4 bis etwa 400 Nanometern, bevorzugt im Bereich
von etwa 250 bis etwa 400 Nanometern. Bei einer Ausführungsform ist
eine Vorrichtung, die zum mindestens teilweisen Strahlungshärten verwendet
wird, eine wie zum Beispiel jene, die bei Fusion W Systems, Inc.,
Gaithersburg, Maryland, unter der Handelsbezeichnung "DRE 410 Q" zu beziehen ist.
Bei einer Ausführungsform
ist die Strahlungsvorrichtung "DRE
410 Q" zum Beispiel
mit zwei 600 Watt starken Fusion-"d"-Lampen
ausgestattet, die auf "hohe" Leistung eingestellt
werden.
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Sichtbare
Strahlung meint nicht-teilchenförmige
Strahlung mit einer Wellenlänge
im Bereich von etwa 400 bis etwa 800 Nanometern. Bei einer Ausführungsform
wird nicht-teilchenförmige
Strahlung mit einer Wellenlänge
im Bereich von etwa 400 bis etwa 550 Nanometern verwendet.
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Bei
anderen Ausführungsformen
können
eine oder mehrere Wärmeenergiequellen
verwendet werden. Zu beispielhaften Wärmeenergiequellen, die verwendet
werden können,
gehören
elektrische oder Verbrennungswärmequellen.
Bei einer weiteren Ausführungsform
kann Infrarotstrahlung als eine Wärmeenergiequelle verwendet
werden.
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Die
Menge an Strahlungsenergie, die benötigt wird, um die keramischen
Aggregatvorläuferteilchen mindestens
teilweise auszuhärten,
um handhabbare und auffangbare keramische Aggregatvorläuferteilchen zu
gewinnen, kann von Faktoren wie zum Beispiel der Art des härtbaren
Bindemittelvorläufermaterials,
der Art des keramischen Bindemittelvorläufermaterials, der Verweildauer
in der Härtungszone,
der Art der Feststoffteilchen und der Art der gegebenenfalls verwendeten
optionalen modifizierenden Zusatzstoffe abhängen.
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Optional
können
keramische Aggregatvorläuferteilchen,
die gemäß einem
Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, unter Verwendung
von Wärmeenergie,
Strahlungsenergie oder Kombinationen daraus mindestens teilweise
weiter gehärtet
werden. Ein weiteres mindestens teilweises Härten kann zu keramischen Aggregatvorläuferteilchen
mit anderen Eigenschaften führen,
wie zum Beispiel erhöhte
Steifigkeit zum Handhaben und Auffangen. In der Regel bleiben keramische
Aggregatteilchen, die handhabbar und auffangbar sind, durch die
Verfahrensschritte allgemein fest zusammenhängende keramische Aggregatvorläuferteilchen.
In der Regel neigen keramische Aggregatteilchen, die nicht handhabbar
und auffangbar sind, zum Auseinanderbrechen, wenn die Teilchen an
einem Punkt während
der Verfahrensschritte physisch bewegt werden. Bei einer Ausführungsform
werden erste keramische Aggregatvorläuferteilchen mindestens teilweise
gehärtet,
um zweite keramische Aggregatvorläuferteilchen zu erzeugen, die
härtbares
Bindemittelvorläufermaterial,
keramisches Bindemittelvorläufermaterial,
mehrere Feststoffteilchen und das Produkt des mindestens teilweisen
Härtens
der ersten keramischen Aggregatvorläuferteilchen umfassen. Das
Verfahren umfasst des Weiteren das mindestens teilweise Härten der
zweiten keramischen Aggregatvorläuferteilchen,
die handhabbar und auffangbar sind.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet der nächste Schritt nach dem mindestens
teilweisen Härten
der keramischen Aggregatvorläuferteilchen
das Erwärmen
der keramischen Aggregatvorläuferteilchen
auf eine Temperatur und für
eine Zeitdauer, die ausreicht, um keramische Aggregatteilchen mit
gewünschten
Eigenschaften zu erhalten, wie zum Beispiel Gesamtporenvolumen (ml/g),
scheinbares Teilchenvolumen (ml/g), Volumenprozentporosität, scheinbare
Schüttdichte
(g/cm3) oder Druckfestigkeit (lb). Das Gesamtporenvolumen
und das scheinbare Teilchenvolumen werden durch Quecksilberintrusionsporosimetrieanalyse
gemessen. Die Quecksilberintrusionsporosimetrieanalyse wird in den
Beispielen 9-14 weiter beschrieben. Das Gesamtporenvolumen ist das
massenormalisierte Gesamtvolumen des offenen Raumes innerhalb der
keramischen Aggregatteilchen, der eine Verbindung zur Außenfläche der
Teilchen hat, d. h. die oberflächenverbundene
Porosität,
die infolge von Kapillarwirkung das Eindringen von Quecksilber in
die keramischen Aggregatteilchen ermöglicht. Die Quecksilberintrusionsporosimetrie
misst das Eindringen von Quecksilber in Teilchen mit Porendurchmessern
im Bereich von etwa 0,07 Mikrometern bis etwa 900 Mikrometern. In der
Regel haben die Aggregatteilchen der Erfindung eine Volumenprozentporosität von bis
zu etwa 25 Prozent. Die Volumenprozentporosität wird folgendermaßen berechnet:
(Gesamtporenvolumen / scheinbares Teilchenvolumen) x·100. Das
scheinbare Teilchenvolumen ist das Volumen von Quecksilber, das
durch das keramische Aggregatteilchen verdrängt wird. Die scheinbare Schüttdichte
ist das Verhältnis
der Masse der keramischen Aggregatteilchen zum scheinbaren Teilchenvolumen.
Die Druckfestigkeit ist die mittlere Kraft, die erforderlich ist,
damit ein Teilchen unter einer Drucklast zerbricht, und wird in
der Testvorschriftvorschrift Nr. 2 weiter beschrieben. Beispielhafte
Werte, die durch Verfahren der vorliegenden Erfindung gewonnen wurden,
werden weiter unten besprochen.
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Bei
einer Ausführungsform
enthält
das Erwärmen
den folgenden aus zwei Schritten bestehenden Brennprozess. Die zwei
Schritte des Brennprozesses finden in der Regel zu getrennten Zeiten
statt, aber sie könnten
auch aufeinanderfolgend zur gleichen Zeit in einem einzigen Brennofenzyklus
stattfinden. Bei einer Ausführungsform
beinhaltet der erste (d. h. der Vorbrenn-) Schritt das Erwärmen der
keramischen Aggregatvorläuferteilchen
von Raumtemperatur auf eine Endtemperatur im Bereich von etwa 500°C bis etwa
650°C mit einer
langsamen Rate, in der Regel 2°C
in der Minute, und das Inkontaktbringen der Teilchen mit der Endtemperatur über eine
Dauer von in der Regel etwa 1 bis etwa 4 Stunden, um gehärtetes und/oder
ungehärtetes Material,
wie zum Beispiel Acrylatharz, zu entfernen und zu bewirken, dass
das keramische Bindemittelvorläufermaterial
sich genügend
verbindet, um handhabbare und auffangbare Teilchen zu erhalten.
Während
des Voranschreitens des Erwärmens
während
des ersten Schrittes sinkt in der Regel die Druckfestigkeit der
keramischen Aggregatvorläuferteilchen
auf ein Minimum. Dieses Minimum tritt in der Regel bei vollständiger Pyrolyse
des gehärteten
und/oder ungehärteten
Materials ein, weil die Pyrolyse von gehärtetem und/oder ungehärtetem Material
Hohlräume
in den keramischen Aggregatvorläuferteilchen
hinterlässt
und das keramische Bindemittelvorläufermaterial sich in der Regel
noch nicht genügend
verbunden hat, um handhabbare und auffangbare Teilchen entstehen
zu lassen. Während
sich jedoch das Erwärmen
in Richtung der Endtemperatur fortsetzt, beginnt das keramische
Bindemittelvorläufermaterial
in der Regel, sich ausreichend zu verbinden, um die Druckfestigkeit
der Teilchen zu erhöhen
und handhabbare und auffangbare Teilchen entstehen zu lassen. Weil
die Teilchen in der Regel nicht handhabbar und auffangbar sind,
wenn die Pyrolyse abgeschlossen ist, wird in der Regel während des
ersten Schrittes ein Festbett verwendet, um die auf die Teilchen
einwirkenden Kräfte
zu minimieren, so dass die Teilchen intakt bleiben. Zu Beispielen
von Brennöfen,
die sich für
das Festbettbrennen während
des ersten Schrittes eignen, gehören
Herdwagenöfen,
Rollenherdöfen,
Stoßöfen und Bandöfen. Bei
einer Ausführungsform
werden die keramischen Aggregatvorläuferteilchen während des
ersten Schrittes mit einer langsamen Rate erwärmt, zum Beispiel 2°C in der
Minute, um die Rate der Pyrolyse von gehärtetem und/oder ungehärtetem Material
zu steuern. In der Regel führen
relativ rasche Heizraten allgemein dazu, dass sich gehärtetes und/oder
ungehärtetes
Material zu einem oder mehreren Gasen mit einer Rate zersetzt, die
höchstwahrscheinlich
die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
zerstört.
In der Regel erfolgt das Erwärmen
während
des Vorbrennschrittes in einer oxidierenden Atmosphäre (zum
Beispiel Luft), um die vollständige
Pyrolyse von gehärtetem
und/oder ungehärtetem
Material, wie zum Beispiel Acrylatharz, zu unterstützen. Es
ist bevorzugt, dass die Vorbrenntemperaturen und Heizraten so gewählt werden,
dass gewährleistet ist,
dass bei Vollendung des Vorbrennschrittes alles gehärtete und/oder
ungehärtete
Material aus den keramischen Vorläuferaggregatteilchen entfernt
ist.
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In
der Regel werden während
des zweiten Brennschrittes vorgebrannte Teilchen, die kein restliches gehärtetes und/oder
ungehärtetes
Material enthalten, auf eine Endtemperatur im Bereich von etwa 650°C bis etwa
1500°C mit
einer beliebigen gewünschten
Heizrate erwärmt.
Auch hier ist es bevorzugt, dass kein restliches gehärtetes und/oder
ungehärtetes
Material in den vorgebrannten Teilchen vorhanden ist, weil das Entstehen
von Gasen bei der thermischen Zersetzung der Materialien zu einem
Reißen
der Teilchen führen
kann, wodurch die gewünschte
Gleichmäßigkeit
der Teilchenform beeinträchtigt
wird. In der Regel werden die Teilchen der Endtemperatur über eine
Dauer von einer bis vier Stunden ausgesetzt, um eine teilweise oder
vollständige
Verdichtung des keramischen Bindemittelvorläufermaterials zu bewirken.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung meint "Verdichtung" die teilweise oder vollständige Beseitigung
von offenen Räumen
innerhalb des keramischen Aggregatteilchens, um keramische Aggregatteilchen
mit erhöhter
Teilchendichte (d. h. einem verringerten Teilchenvolumen je Teilchenmasseeinheit)
zu erhalten. Bei einer Ausführungsform
kann das Erwärmen
während
des zweiten Brennschrittes in einem Festbett oder Nicht-Festbett
erfolgen, weil die vorgebrannten Teilchen handhabbar und auffangbar
sind und intakt bleiben, wenn eine Kraft auf sie einwirkt, die einen Körper allgemein
mechanisch beansprucht oder verformt. Zu Beispielen für Nicht-Festbetten
gehören
Drehofen- oder Wirbelschicht-Brenntechniken.
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Die
endgültige
Brenntemperatur und die Brenndauer der Teilchen bei der endgültigen Brenntemperatur
beeinflussen das Gesamtporenvolumen (ml/g), die Volumenprozentporosität, die scheinbare
Schüttdichte (g/cm3) und die Druckfestigkeit (lb). Sowohl das
Gesamtporenvolumen als auch die Volumenprozentporosität von keramischen
Aggregatteilchen nehmen allgemein in dem Maße ab, wie sich die endgültige Brenntemperatur
erhöht
und/oder die Brenndauer der keramischen Aggregatteilchen bei der
endgültigen
Brenntemperatur verlängert.
Bei einer Ausführungsform
kann das Gesamtporenvolumen im Bereich von etwa 0,01 ml/g bis etwa 0,05
ml/g liegen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Gesamtporenvolumen
im Bereich von etwa 0,002 ml/g bis etwa 0,25 ml/g liegen. Bei einer
Ausführungsform
kann die Volumenprozentporosität
im Bereich von etwa 25 % bis etwa 5 % liegen. Bei einer weiteren
Ausführungsform
kann die Volumenprozent porosität
im Bereich von etwa 40 % bis etwa 1 % liegen. Die scheinbare Schüttdichte
erhöht
sich allgemein mit zunehmender endgültiger Brenntemperatur und/oder
mit zunehmender Brenndauer der keramischen Aggregatteilchen bei
der endgültigen
Brenntemperatur. Bei einer Ausführungsform
kann die scheinbare Schüttdichte
im Bereich von etwa 2,5 g/cm3 bis etwa 3,0
g/cm3 liegen. Bei einer weiteren Ausführungsform
kann die scheinbare Schüttdichte
im Bereich von etwa 2,0 g/cm3 bis etwa 4,0
g/cm3 liegen. Die Druckfestigkeit nimmt
allgemein in dem Maße
zu, wie die endgültige
Brenntemperatur zunimmt und/oder wie die Brenndauer der keramischen
Aggregatteilchen bei der endgültigen
Brenntemperatur sich verlängert.
Bei einer Ausführungsform
kann die Druckfestigkeit im Bereich von etwa 5 lb. (2,3 kg) bis
etwa 25 lb. (11,3 kg) liegen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann
die Druckfestigkeit im Bereich von etwa 2 lb. (0,9 kg) bis etwa
80 lb. (36,3 kg) liegen.
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In
der Regel werden mindestens teilweise gehärtete keramische Aggregatvorläuferteilchen
mindestens teilweise mit einem Metalloxidteilchen beschichtet, damit
sie während
des Erwärmens
nicht aneinander kleben. Wenn Brennschritte zu getrennten Zeiten
ausgeführt
werden, so werden die keramischen Aggregatvorläuferteilchen in der Regel mit
Metalloxidteilchen nach dem Vorbrennen, aber vor dem zweiten Brennschritt beschichtet.
Bei einer Ausführungsform
beträgt
die Menge an Metalloxidteilchen, die verwendet wird, um die keramischen
Aggregatvorläuferteilchen
mindestens teilweise zu beschichten, annähernd 5 Gewichts-% bis 10 Gewichts-%
der keramischen Aggregatvorläuferteilchen.
Bei einer Ausführungsform
enthalten die Metalloxidteilchen wasserhaltiges Aluminiumoxid.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
können
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung das Verringern der mittleren Größe von keramischen Aggregatvorläufer- und/oder keramischen
Aggregatteilchen nach dem mindes tens teilweisen Härten bzw.
Erwärmen
beinhalten. In der Regel erfolgt das Verringern der mittleren Teilchengröße mittels
Mahlen und/oder Zerstoßen
und/oder Stürzen.
Bei einer Ausführungsform
kann die in 4 gezeigte Vorrichtung 40 verwendet
werden, um die mittlere Größe von keramischen
Aggregatvorläuferteilchen
und/oder keramischen Aggregatteilchen zu verringern.
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Weitere
Verfahren zum Herstellen von Ausführungsformen von keramischen
Aggregatteilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung finden sich zum Beispiel in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung
mit der US-Seriennummer 09/972,315, die am selben Tag wie diese
Anmeldung eingereicht wurde und durch Bezugnahme in den vorliegenden
Text aufgenommen wird.
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Das
Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Aggregate
ist im Allgemeinen kostengünstiger
und erfordert weniger Schritte und weniger Platz und Arbeitsaufwand
als herkömmliche
Mittel zum Herstellen keramischer Aggregatteilchen, wie zum Beispiel
Formen.
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Keramische
Aggregatteilchen, die gemäß Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, finden zum Beispiel
Anwendung als Schleifmittel, Dachbeschichtungsgranalien, Filtrationsprodukte,
Hartbeschichtungen, Granalienstrahlmedien, Trommelmühlenmedien,
Bremsbeläge,
rutsch- und verschleißfeste
Beschichtungen, synthetische Knochen, Dentalzusammensetzungen, rückstrahlende
Folien und Laminatverbundstrukturen. Bei einer Ausführungsform
beinhalten Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung das Kombinieren von mindestens einem Teil der gehärteten keramischen
Aggregatteilchen mit Schleifgegenstand-Bindemittelmaterial und Schleifmaterial
zu einem Schleifgegenstand. Zu geeigneten Schleifgegenständen gehören Schleifgegenstände auf
einer Unterlage (einschließlich
Vliesschleifgegenstände)
und gebundene Schleifgegenstände.
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Keramische
Schleifaggregate gemäß der vorliegenden
Erfindung können
in herkömmlichen
Schleifprodukten verwendet werden, wie zum Beispiel Schleifprodukten
auf einer Unterlage, gebundenen Schleifprodukten (einschließlich keramisch
gebundener, kunstharzgebundener und metallisch gebundener Schleifscheiben,
Trennscheiben, Besatzspitzen und Honsteine), Vliesschleifprodukten
und Schleifbürsten.
In der Regel enthalten Schleifprodukte (d. h. Schleifgegenstände) Bindemittel
und Schleifteilchen (die bei der praktischen Umsetzung der vorliegenden
Erfindung Schleifaggregate gemäß der vorliegenden
Erfindung enthalten), die innerhalb des Schleifprodukts durch das
Bindemittel festgehalten werden. Verfahren zum Herstellen solcher Schleifprodukte
und zum Verwenden von Schleifprodukten sind einschlägig bekannt.
Des Weiteren können Schleifaggregate
gemäß der vorliegenden
Erfindung in Schleifanwendungen verwendet werden, die Schlämmen aus
Schleifverbindungen (zum Beispiel Poliermassen), Mahlmedien, Granalienstrahlmedien,
Rüttelmühlenmedien
und dergleichen verwenden.
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Schleifprodukte
auf einer Unterlage enthalten allgemein einen Träger, Schleifmaterial und mindestens ein
Bindemittel, um die Schleifteilchen (die bei der praktischen Umsetzung
der vorliegenden Erfindung Schleifteilchen enthalten, die in Form
eines keramischen Schleifaggregats gemäß der vorliegenden Erfindung
zusammengeballt sind) auf dem Träger
zu halten. Bei dem Träger
kann es sich um ein beliebiges geeignetes Material handeln, einschließlich Gewebe,
Polymerfolie, Fasern, Vliesbahnen, Papier, Kombinationen daraus
und behandelte Versionen davon. Bei dem Bindemittel kann es sich
um ein beliebiges geeignetes Bindemittel handeln, einschließlich eines
anorganischen oder organischen Bindemittels (einschließlich thermisch
härtbarer Harze
und strahlungshärtbarer
Harze). Die Schleifteilchen können
in einer einzelnen Schicht oder in zwei Schichten des Schleifprodukts
auf einer Unterlage vorhanden sein.
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Ein
Beispiel eines Schleifprodukts auf einer Unterlage ist in 6 dargestellt.
Wenden wir uns dieser Figur zu. Das Schleifprodukt 101 auf
einer Unterlage hat einen Träger
(ein Substrat) 102 und eine Schleifschicht 103.
Die Schleifschicht 103 enthält keramisches Schleifaggregat 104 gemäß der vorliegenden
Erfindung, das mittels einer Klebeschicht 105 und einer
Einbettungsschicht 106 auf einer Hauptfläche des
Trägers 102 befestigt
ist. In einigen Fällen
wird eine (nicht gezeigte) Einbettungs-Überzugsschicht verwendet.
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Gebundene
Schleifprodukte enthalten in der Regel eine geformte Masse aus Schleifteilchen
(die bei der praktischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung keramisches
Schleifaggregat enthält),
die durch ein organisches, metallisches oder keramisches Bindemittel
zusammengehalten werden. Eine solche geformte Masse kann zum Beispiel
die Form einer Scheibe, wie zum Beispiel einer Schleifscheibe oder
einer Trennscheibe, haben. Der Durchmesser von Schleifscheiben beträgt in der
Regel etwa 1 cm bis über
1 Meter. Der Durchmesser von Trennscheiben beträgt etwa 1 cm bis über 80 cm
(häufiger
3 cm bis etwa 50 cm). Die Trennscheibendicke beträgt in der
Regel etwa 0,5 mm bis etwa 5 cm, häufiger etwa 0,5 mm bis etwa
2 cm. Die geformte Masse kann zum Beispiel auch die Form eines Honsteins,
eines Segments, einer Besatzspitze, einer Scheibe (zum Beispiel
einer Doppelscheibenschleifmaschine) oder eine andere Form haben,
wie man sie bei herkömmlichen
gebundenen Schleifprodukten findet. Gebundene Schleifprodukte umfassen
in der Regel etwa 3-50 Volumen-% Bondmaterial, etwa 30-90 Volumen-%
Schleifmaterial, bis zu 50 Volumen-% Zusatzstoffe (einschließlich Schleifhilfsmitteln)
und bis zu 70 Volumen-% Poren, auf der Basis des Gesamtvolumens
des gebundenen Schleifprodukts. Schleifscheiben haben in der Regel
einen Porositätsanteil
von mindestens 10 %, 20 % oder sogar noch mehr.
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Ein
beispielhaftes gebundenes Schleifprodukt ist eine Schleifscheibe.
Wenden wir uns 7 zu, wo eine Schleifscheibe 110 gezeigt
ist, die keramisches Schleifaggregat 111 gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält,
das zu einer Scheibe geformt und auf einer Nabe 112 montiert
ist. Ein Vorteil, den Ausführungsformen von
Schleifaggregat gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einem gebundenen Schleifprodukt wie zum Beispiel einer
Schleifscheibe bieten können,
ist Platz für
den Spänedurchlass
während
des Metallabtrags. Das heißt,
die Porosität,
die bei bestimmten Ausführungsformen
von Schleifaggregaten gemäß der vorliegenden Erfindung
vorhanden ist, kann Platz für
den Spänedurchlass
während
des Metallabtrags schaffen.
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Vliesschleifprodukte
enthalten in der Regel eine offenporige, federnd-poröse Polymerfilamentstruktur mit
Schleifteilchen (die bei der praktischen Umsetzung der vorliegenden
Erfindung keramische Schleifaggregate gemäß der vorliegenden Erfindung
enthalten), die über
die gesamte Struktur verteilt sind und mittels eines organischen
Bindemittels in diese Struktur haftend eingebunden sind. Zu Beispielen
für Filamente
gehören
Polyesterfasern, Polyamidfasern und Polyaramidfasern. 8 ist
eine schematische, um etwa das Einhundertfache vergrößerte Darstellung
eines typischen Vliesschleifprodukts. Ein solches Vliesschleifprodukt
umfasst eine Fasermatte 150 als ein Substrat, auf dem keramische
Schleifaggregate gemäß der vorliegenden
Erfindung 152 mittels Bindemittel 154 angehaftet
sind.
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Zu
brauchbaren Schleifbürsten,
gehören
jene mit mehreren Borsten, die einstückig mit einem Träger ausgebildet
sind (siehe zum Beispiel die US-Patente Nr. 5,427,595 (Pihl und
Mitarbeiter), Nr. 5,443,906 (Pihl und Mitarbeiter), Nr. 5,679,067
(Johnson und Mitarbeiter) und Nr. 5,903,951 (Ionta und Mitarbeiter),
deren Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen
wird). Zu solchen Bürsten
gehören
jene, die durch Spritzgießen
eines Gemischs aus Polymer und Schleifteilchen (die bei der praktischen
Umsetzung der vorliegenden Erfindung keramische Schleifaggregate
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthalten) hergestellt sind.
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Zu
geeigneten organischen Bindemitteln zum Herstellen von Schleifprodukten
gehören
duroplastische organische Polymere. Zu Beispielen für geeignete
duroplastische organische Polymere gehören Phenolharze, Harnstoffformaldehydharze,
Melaminformaldehydharze, Urethanharze, Acrylatharze, Polyesterharze,
Aminoplastharze mit α,β-ungesättigten
Carbonyl-Seitengruppen, Epoxidharze, acryliertes Urethan, acrylierte
Epoxidharze und Kombinationen daraus. Das Bindemittel und/oder das
Schleifprodukt können
auch Zusatzstoffe enthalten, wie zum Beispiel Fasern, Schmiermittel,
Netzmittel, thixotrope Materialien, grenzflächenaktive Stoffe, Pigmente,
Farbstoffe, antistatische Mittel (zum Beispiel Ruß, Vanadiumoxid,
Graphit usw.), Haftvermittler (zum Beispiel Silane, Titanate, Zirkoaluminate
usw.), Weichmachers, Suspendiermittel und dergleichen. Die Mengen dieser
optionalen Zusatzstoffe werden so gewählt, dass die gewünschten
Eigenschaften entstehen. Die Haftvermittler können die Adhäsion an
den Schleifteilchen und/oder Füllmitteln
verbessern. Die Bindemittelchemie kann thermisch gehärtet, strahlungsgehärtet oder
kombiniert thermisch und strahlungsgehärtet werden. Weitere Einzelheiten
zur Bindemittelchemie finden sich in den US-Patenten Nr. 4,588,419
(Caul und Mitarbeiter), Nr. 4,751,137 (Tumey und Mitarbeiter) und
Nr. 5,436,063 (Follett und Mitarbeiter), deren Offenbarungen durch Bezugnahme
in den vorliegenden Text aufgenommen werden.
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Was
speziell keramisch gebundene Schleifmittel anbelangt, sind keramische
Bindematerialien, die eine amorphe Struktur aufweisen und in der
Regel hart sind, einschlägig
bekannt. Keramisch gebundene Schleifprodukte können die Gestalt einer Scheibe
(einschließlich
Trennscheiben), von Honsteinen, Besatzspitzen oder sonstige Formen
haben, wie man sie bei herkömmlichen
gebundenen Schleifprodukten findet. Ein beispielhaftes keramisch
gebundenes Schleifproduktprodukt ist eine Schleifscheibe.
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Zu
Beispielen für
Metalloxide, die zur Herstellung von keramischen Bindematerialien
verwendet werden, gehören:
Siliciumdioxid, Silikate, Aluminiumoxid, Soda, Calciumoxid, Kaliumoxid,
Titandioxid, Eisenoxid, Zinkoxid, Lithiumoxid, Magnesiumoxid, Boroxid,
Aluminiumsilikat, Borsilikatglas, Lithiumaluminiumsilikat, Kombinationen
daraus und dergleichen. In der Regel können keramische Bindematerialien
aus einer Zusammensetzung hergestellt werden, die 10 bis 100 % Glasfritte
umfasst, obgleich die Zusammensetzung häufiger 20 % bis 80 % Glasfritte
oder 30 % bis 70 % Glasfritte umfasst. Der übrige Teil des keramischen
Bindematerials kann ein Nicht-Frittenmaterial sein. Alternativ kann
die keramische Bindung aus einer frittenfreien Zusammensetzung abgeleitet
sein. Keramische Bindematerialien lässt man in der Regel bei einer
oder mehreren Temperaturen im Bereich von etwa 700°C bis etwa
1500°C,
gewöhnlich
im Bereich von etwa 800°C
bis etwa 1300°C, manchmal
im Bereich von etwa 900°C
bis etwa 1200°C
oder auch im Bereich von etwa 950°C
bis etwa 1100°C einbrennen.
Die tatsächliche
Temperatur, bei der man die Bindung einbrennen lässt, richtet sich zum Beispiel nach
der konkreten Bindungschemie.
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Zu
beispielhaften keramischen Bindematerialien gehören jene, die Siliciumdioxid,
Aluminiumoxid (zum Beispiel mindestens 10 Gewichtsprozent Aluminiumoxid)
und Boroxid (zum Beispiel mindestens 10 Gewichtsprozent Boroxid)
umfassen. In den meisten Fällen
umfasst das keramische Bindematerial des Weiteren ein oder mehrere Alkalimetalloxide
(zum Beispiel Na2O und K2O)
(in einigen Fällen
mindestens 10 Gewichtsprozent Alkalimetalloxid(e)).
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Bindematerialien
können
auch Füllmaterialien
oder Schleifhilfsmittel, in der Regel in Form eines teilchenförmigen Materials,
enthalten. In der Regel sind die teilchenförmigen Materialien anorganische
Materialien. Beispiele für
brauchbare Füllmittel
und Schleifhilfsmittel für
diese Erfindung sind bereits oben beschrieben worden.
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Die
Schleifprodukte können
100 % keramisches Schleifaggregat gemäß der vorliegenden Erfindung oder
Mischungen solcher Aggregate mit anderen Schleifteilchen und/oder
Verdünnungsteilchen
enthalten. Jedoch sollten mindestens etwa 2 Gewichts-% bevorzugt
mindestens etwa 5 Gewichts-% und besonders bevorzugt etwa 30-100
Gewichts-% der Schleifteilchen in den Schleifprodukten keramische
Schleifaggregate gemäß der vorliegenden
Erfindung sein. In einigen Fällen
kann das Schleifaggregat gemäß der vorliegenden
Erfindung mit anderen Schleifteilchen und/oder Verdünnungsteilchen
in einem Verhältnis
zwischen 5 und 75 Gewichts-%, etwa 25 bis 75 Gewichts-%, etwa 40
bis 60 Gewichts-% oder etwa 50 Gewichts-% bis 50 Gewichts-% (d.
h. in gleichen Gewichtsmengen) vermischt sein. Zu nicht-einschränkenden
Beispielen für
geeignete Schleifteilchen gehören
Elektrokorund (einschließlich
weißem
Elektrokorund, wärmebehandeltem
Aluminiumoxid und braunem Aluminiumoxid), Siliciumcarbid, Siliciumnitrid,
Borcarbid, Titancarbid, Diamant, kubisches Bornitrid, Granat, Elektrokorund-Zirkondioxid, aus
Solgel abgeleitete Schleifteilchen und dergleichen. Die aus Solgel
abgeleiteten Schleifteilchen können
angeimpft oder nicht-angeimpft sein. Gleichfalls können die aus
Solgel abgeleiteten Schleifteilchen willkürlich geformt sein oder eine
Form haben, wie zum Beispiel dreieckig. Zu Beispielen für Solgel-Schleifteilchen gehören jene,
die oben beschrieben sind. Das Schleifaggregat kann im Wesentlichen
die gleiche Größe wie das
Verdünnungsteilchen
haben. Umgekehrt kann das Schleifaggregat größer sein als das Verdünnungsteilchen.
Außerdem
sind weitere brauchbare verschmolzene Schleifteilchen zum Beispiel
in den Anmeldungen mit den US-Seriennummern 09/618,876, 09/618,879, 09/619,106,
09/619,191, 09/619,192, 09/619,215, 09/619,289, 09/619,563, 09/619,729,
09/619,744 und 09/620,262, die jeweils am 19. Juli 2000 eingereicht
wurden, und Nr. 09/772,730, die am 30. Januar 2001 eingereicht wurde,
offenbart, deren Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden
Text aufgenommen wird.
-
Keramische
Schleifaggregate gemäß der vorliegenden
Erfindung können
auch mit anderen Schleifagglomeraten kombiniert werden. Das Bindemittel
der anderen Schleifagglomerate kann organische und/oder anorganisch
sein. Weitere Einzelheiten bezüglich
Schleifagglomeraten finden sich zum Beispiel in den US-Patenten
Nr. 4,311,489 (Kressner), Nr. 4,652,275 (Bloecher und Mitarbeiter),
Nr. 4,799,939 (Bloecher und Mitarbeiter), Nr. 5,549,962 (Holmes
und Mitarbeiter) und Nr. 5,975,988 (Christianson), deren Offenbarungen
durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden.
-
Zu
Beispielen für
geeignete Verdünnungsteilchen
gehören
Marmor, Gips, Flint, Siliciumdioxid, Eisenoxid, Aluminiumsilikat,
Glas (einschließlich
Glasblasen und Glasperlen), Aluminiumoxidblasen, Aluminiumoxidperlen
und Verdünnungsagglomerate.
-
Die
Schleifteilchen können
gleichmäßig in dem
Schleifgegenstand verteilt sein oder können in ausgewählten Bereichen
oder Abschnitten des Schleifgegenstandes konzentriert sein. Zum
Beispiel können
bei einem Schleifprodukt auf einer Unterlage zwei Schichten aus
Schleifteilchen oder -körnern
vorhanden sein. Die erste Schicht umfasst andere Schleifteilchen
oder -körner
als jene gemäß der vorliegenden
Erfindung, und die zweite (äußerste)
Schicht umfasst keramisches Schleifaggregat gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gleichfalls können
in einem gebundenen Schleifprodukt zwei voneinander verschiedene
Sektionen der Schleifscheibe vorhanden sein. Die äußerste Sektion
kann keramische Schleifaggregate gemäß der vorliegenden Erfindung
umfassen, wohingegen die innerste Sektion keine keramischen Schleifaggregate
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst. Alternativ können
keramische Schleifaggregate gemäß der vorliegenden
Erfindung gleichmäßig in dem
gesamten gebundenen Schleifgegenstand verteilt sein.
-
Weitere
Einzelheiten bezüglich
Schleifprodukten auf einer Unterlage finden sich zum Beispiel in
den US-Patenten
Nr. 4,734,104 (Broberg), Nr. 4,737,163 (Larkey), Nr. 5,203,884 (Buchanan
und Mitarbeiter), Nr. 5,152,917 (Pieper und Mitarbeiter), Nr. 5,378,251
(Culler und Mitarbeiter), Nr. 5,417,726 (Stout und Mitarbeiter),
Nr. 5,436,063 (Follett und Mitarbeiter), Nr. 5,496,386 (Broberg
und Mitarbeiter), Nr. 5,609,706 (Benedict und Mitarbeiter), Nr.
5,520,711 (Helmin), Nr. 5,954,844 (Law und Mitarbeiter), Nr. 5,961,674
(Gagliardi und Mitarbeiter) und Nr. 5,975,988 (Christinason), deren
Offenbarungen durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen
werden. Weiter Einzelheiten bezüglich
gebundenen Schleifproduktprodukten finden sich zum Beispiel in den
US-Patenten Nr. 4,543,107 (Rue), Nr. 4,741,743 (Narayanan und Mitarbeiter),
Nr. 4,800,685 (Haynes und Mitarbeiter), Nr. 4,898,597 (Hay und Mitarbeiter),
Nr. 4,997,461 (Markhoff-Matheny und Mitarbeiter), Nr. 5,038,453
(Narayanan und Mitarbeiter), Nr. 5,110,332 (Narayanan und Mitarbeiter)
und Nr. 5,863,308 (Qi und Mitarbeiter), deren Offenbarungen durch
Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden. Außerdem finden
sich Einzelheiten bezüglich
keramischen gebundenen Schleifmitteln zum Beispiel in den US-Patenten
Nr. 4,543,107 (Rue), Nr. 4,898,597 (Hay), Nr. 4,997,461 (Markhoff-Matheny
und Mitarbeiter), Nr. 5,094,672 (Giles und Mitarbeiter), Nr. 5,118,326
(Sheldon und Mitarbeiter), Nr. 5,131,926 (Sheldon und Mitarbeiter),
Nr. 5,203,886 (Sheldon und Mitarbeiter), Nr. 5,282,875 (Wood und
Mitarbeiter), Nr. 5,738,696 (Wu und Mitarbeiter) und Nr. 5,863,308
(Qi), deren Offenbarungen durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen
werden. Weitere Einzelheiten bezüglich
Vliesschleifprodukten finden sich zum Beispiel im US-Patent Nr.
2,958,593 (Hoover und Mitarbeiter), dessen Offenbarung durch Bezugnahme
in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
-
Die
Verfahren zum Schleifen mit Schleifaggregaten gemäß der vorliegenden
Erfindung können
vom Grobschleifen (d. h. mit hohem Druck und hohem Materialabtrag)
bis zum Polieren (zum Beispiel das Polieren medizinischer Implantate
auf Schleifbändern)
reichen, wobei das Letztere in der Regel mit feineren Graden (zum
Beispiel kleiner als ANSI 220 und feiner) von Schleifteilchen erfolgt.
Die Schleifaggregate können
auch für
Präzisionsschleifanwendungen
geeignet sein, wie zum Beispiel das Schleifen von Nockenwellen mit
keramisch gebundenen Scheiben. Die Größe des Schleifaggregatkorns
(und von Schleifteilchen, die solche Aggregate umfassen), die für eine bestimmte
Schleifanwendung verwendet wird, ist für den Fachmann offensichtlich.
-
Das
Schleifen mit Schleifgegenständen
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann trocken oder nass erfolgen. Zum Nassschleifen kann
die Flüssigkeit
in Form eines leichten Nebels bis hin zu einem vollständigen Überfluten
zugeführt
werden. Zu Beispielen für
häufig
verwendete Flüssigkeiten
gehören:
Wasser, wasserlösliches Öl, organische
Schmierstoffe und Emulsionen. Die Flüssigkeit kann dem Verringern
der beim Schleifen entstehenden Wärme dienen und/oder als Schmierstoff
fungieren. Die Flüssigkeit
kann geringe Mengen an Zusatzstoffen wie zum Beispiel Bakterizid,
schaumbremsende Mittel und dergleichen enthalten.
-
Schleifaggregate
gemäß der vorliegenden
Erfindung können
zum Schleifen von Werkstücken
wie zum Beispiel Aluminiummetall, Kohlenstoffstählen, Weichstählen, Werkzeugstählen, Edelstahl,
gehärtetem
Stahl, Titan, Glas, Keramik, Holz, holzartigen Materialien, Anstrichstoffen,
gestrichenen Oberflächen,
organischen beschichteten Oberflächen
und dergleichen verwendet werden. Die Kraft, die während des
Schleifens angelegt wird, reicht in der Regel von etwa 1 bis etwa
100 Kilogramm.
-
Schleifaggregate
gemäß der vorliegenden
Erfindung können
auch in loser Form oder in einer Schlämme verwendet werden, wobei
das Schleifaggregat in flüssigem
Medium (zum Beispiel Wasser) suspendiert ist.
-
Wenden
wir uns wieder 1 zu. Bei einer Ausführungsform
sind die Feststoffteilchen 84 Schleifkörner, und das Bindemittel 82 liegt
in einem relativ niedrigen Volumenverhältnis von zum Beispiel 0,2
bis 2,0 vor. Dadurch entsteht ein Aggregat, das überwiegend Schleifkorn umfasst
(bevorzugte Größe: 125-1500
Mikron). Das Bindemittel 82 legt sich dicht an die äußersten
Oberflächen 88 der
Feststoffteilchen an. Normalerweise ist die Dicke des Bindemittels 82 auf
den äußersten
Oberflächen 88 der
Teilchen relativ dünn
und richtet sich nach der Größe der Teilchen.
In der Regel beträgt
die Dicke des Bindemittels 82 etwa 10 Prozent oder weniger
der Querschnittsabmessung des Teilchens, gewöhnlich zwischen etwa 0,05 Mikron
und 150 Mikron. Solche Aggregate können bei bestimmten Ausführungsformen
Schleifgegenstände
erbringen, die gleichbleibend hohe Materialabtragsraten über längere Zeiträume hinweg
aufweisen. Zum Beispiel wurden schon Schleifgegenstände mit
Materialabtragsraten von bis zu 200 Prozent und Grenznutzungsdauern
von bis zu 500 Prozent (in der Regel 200-500 Prozent) – anhand von Vergleichsprodukten
gemessen – hergestellt.
Der Schleifgegenstand, der unter Verwen dung solcher Aggregate hergestellt
ist, erbringt eine gleichbleibendere Leistung, einschließlich der
Werkstückoberfläche, im
zeitlichen Verlauf. Darüber
hinaus schafft die vergrößerte Oberfläche der
Aggregatteilchen, die durch den hohen Grad an Oberflächenanpassung
des Bindemittels 82 an die Schleifkörner 84 entsteht,
ein Teilchen, das fest an der Klebeschicht von Schleifgegenständen anhaftet,
die diese Teilchen enthalten oder tragen.
-
Die
folgenden Beispiele veranschaulichen weiter konkrete Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
-
BEISPIELE
-
In
den Beispielen werden die folgenden Abkürzungen verwendet (sofern nicht
anders angegeben, sind alle Teile, Prozentangaben, Verhältnisse
usw. in den Beispielen nach Gewicht):
- AO:
- wärmebehandeltes Elektrokorund-Schleifkorn,
auf dem freien Markt bei Treibacher, Villach, Österreich, unter der Handelsbezeichnung "ALODUR BFRPL" zu beziehen.
- AOP:
- alpha-Aluminiumoxidpulver,
auf dem freien Markt bei Alcoa unter der Handelsbezeichnung "A-16 SG" zu beziehen.
- ASF:
- amorphes Siliciumdioxid-Füllmittel,
auf dem freien Markt bei der DeGussa Corp. (Richfield Part, New
Jersey) unter der Handelsbezeichnung "OX-50" zu beziehen.
- AG321:
- Aus Solgel abgeleitetes
Schleifkorn auf Aluminiumoxidbasis, auf dem freien Markt bei der
3M Company, St. Paul, Minnesota, unter der Handelsbezeichnung "Cubitron 321" zu beziehen.
- BP:
- Boehmit (gamma-Aluminiumoxidmonohydrat),
auf dem freien Markt bei Condea Chemical, Hamberg, Deutschland,
unter der Handelsbezeichnung "Disperal" zu beziehen.
- CaCO3:
- Kalziumkarbonat-Füllmittel,
auf dem freien Markt bei der J. M. Huber Corp., Quincy, Illinois,
unter der Handelsbezeichnung "Chem
Q 325" zu beziehen.
- CH:
- Cumenhydroperoxid,
auf dem freien Markt bei der Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin, als
Artikel-Nr. 24,750-2 zu beziehen.
- CRY:
- Natriumkryolith, auf
dem freien Markt bei der Tarconard Trading a/s, Avernakke Nyberg,
Dänemark,
unter der Handelsbezeichnung "RTN" zu beziehen.
- IO:
- rotes Eisenoxidpulver,
auf dem freien Markt bei der Elementis Pigments Inc., E. St. Louis,
Illinois, unter der Handelsbezeichnung "Kroma RO-8097" zu beziehen.
- KB1:
- Photoinitiator 2,2-Dimethoxy-1,2-diphenyl-1-ethanon,
auf dem freien Markt bei der Sartomer Co. unter der Handelsbezeichnung "ESACURE KB1" zu beziehen.
- KBF4:
- Kaliumtetrafluorborat
SPEC 102 und 104, auf dem freien Markt bei der Atotech USZ Inc.,
Cleveland, Ohio, zu beziehen.
- PET:
- 5 mil (125 Mikron)
dicker Polyesterfilm mit Ethylenacrylsäure (EAA)-Copolymer-Primer,
auf dem freien Markt bei der 3M Company, St. Paul, Minnesota, unter
der Handelsbezeichnung "Scotchpar
P990" zu beziehen.
- PH2:
- Photoinitiator 2-Benzyl-2-N,N-Dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanon,
auf dem freien Markt bei der Ciba Geigy Corp. unter der Handelsbezeichnung "Irgacure 369" zu beziehen.
- SC:
- Siliciumcarbid-Schleifkorn,
auf dem freien Markt bei der 3M Company, St. Paul, Minnesota zu beziehen.
- REO:
- Eine Lösung, hergestellt
durch Mischen einer Lanthan-, Neodym- und Yttriumnitratlösung [20,5 La(NO3)3·6H2O, 20,1 % Nd(NO3)3·6H2O, 26,1 % Y(NO3)3·6H2O, zu beziehen bei Molycorp aus Lourviers,
Colorado] mit einer ausreichenden Menge an MGN und Kobaltnitrat
[15 Co(NO3)3·6H2O, zu beziehen bei Hall Chemical aus Wickliffe,
Ohio], so dass eine Lösung
entsteht, die etwa 5,8 % La (NO3)3·6H2O, etwa 5,8 % Nd(NO3)3·6H2O, etwa 7,1 % Y(NO3)3·6H2O, etwa 14,4 % Mg(NO3)3·6H2O, etwa 0,4 Co(NO3)3·6H2O und den Rest entionisiertes Wasser enthält.
- SCA:
- Silan-Haftvermittler
3-Methacryloxpropyltrimethoxysilan, auf dem freien Markt bei der
OSI Specialties, Inc., Greenwich, Connecticut, unter der Handelsbezeichnung "A-174" zu beziehen.
- SGP:
- Alumoborsilikatglaspulver,
Mesh-Zahl 325, auf dem freien Markt bei der Specialty Glass Inc., Oldsmar,
Florida, unter der Handelsbezeichnung "SP1086" zu beziehen.
- TATHEIC:
- Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat,
auf dem freien Markt bei der Sartomer Co. unter der Handelsbezeichnung "SR368" zu beziehen.
- TMPTA:
- Trimethylolpropantriacrylat,
auf dem freien Markt bei der Sartomer Co. unter der Handelsbezeichnung "SR351" zu beziehen.
-
Verfahrensvorschrift Nr.
1: Allgemeine Verfahrensvorschrift zum Herstellen einer keramischen
Aggregatvorläuferschlämme
-
Eine
Schmirgelschlämme
wurde durch gründliches
Mischen von Schleifkorn, Glaspulvern, Acrylatharz und Initiato ren
unter Verwendung eines Mischers (von der Hobart Corporation, Troy,
Ohio, Modell-Nummer A120T) hergestellt. Konkrete Formulierungen
finden sich in den Tabellen 2, 4, 6, 9, 12 und 13. Die Schmirgelschlämme wurde
in dem Mischer bei niedriger Drehzahl unter Verwendung eines Scheibenrührflügels 30
Minuten lang vermischt und infolge mechanischer Erwärmung und
Reaktionswärme
auf eine Temperatur im Bereich von etwa 90°F (32°C) bis etwa 120°F (49°C) erwärmt. An
diesem Punkt die Schmirgelschlämme
sehr dick und wies zementartige Handhabungseigenschaften auf. Die
vermischte Schlämme
wurde dann in einen Kühlschrank
verbracht, wo man sie vor der Weiterverarbeitung mindestens 45 Minuten
abkühlen
ließ.
Die Temperatur des Kühlschranks
lag im Bereich von etwa 40°F
(4°C) bis
etwa 45°F
(7°C).
-
Verfahrensvorschrift Nr.
2: Allgemeine Verfahrensvorschrift zum Herstellen keramischer Aggregatvorläuferteilchen
-
Die
keramische Aggregatvorläuferschlämme wurde
mit Hilfe der Materialformungsvorrichtung "QUADRO COMIL" (bei Quadro Incorporated, Milbourne,
New Jersey, unter der Handelsbezeichnung "QUADRO COMIL", Modell-Nummer 197, zu beziehen) zu
Aggregatvorläuferteilchen
geformt. Je nach der gewünschten Querschnittsform
der keramischen Aggregatvorläuferteilchen
wurden verschieden geformte Öffnungen
verwendet. Es wurden konische Siebe mit kreisrund geformten Lochöffnungen
verwendet, um keramische Aggregatvorläuferteilchen mit kreisrund
geformten Querschnitten herzustellen. Es könnten auch konische Siebe mit quadratisch
geformten Lochöffnungen
verwendet werden, um keramische Aggregatvorläuferteilchen mit quadratisch
geformten Querschnitten herzustellen. Die Schlämme wurde von Hand in den Einfülltrichter
der "QUADRO COMIL" gegeben, während der
Rührflügel sich
mit einer voreingestellten Drehzahl (U/min) von 350 U/min drehte.
Die sich drehende Rührflügel drängte die
Schlämme
durch die Öffnungen
in dem konischen Sieb, und wenn eine kritische Länge erreicht war (in der Regel
wird eine kritische Länge
erreicht, wenn das Gewicht der Teilchen größer ist als eine Klebkraft
zwischen der hergestellten Zusammensetzung und dem mit Durchbrüchen versehenen
Substrat), so trennten sich die filamentartig geformten keramischen
Aggregatvorläuferteilchen
von der Außenseite
des Siebes und fielen per Schwerkraft durch eine UV-Härtungskammer
(von Fusion UV Systems, Gaithersburg, Maryland, Modell Nr. DRE 410
Q), die mit zwei 600 Watt starken Fusion-"d"-Lampen
ausgestattet war, die auf "hohe" Leistung eingestellt
waren. Die keramischen Aggregatvorläuferteilchen wurden durch die
UV-Strahlung mindestens teilweise gehärtet und dadurch in handhabbare
und auffangbare Teilchen umgewandelt.
-
Bei
einigen der folgenden Beispiele wurden die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
weiter mindestens teilweise gehärtet,
indem die Teilchen in Aluminiumwannen verbracht wurden und in einem
Umluftofen (von der Lindberg/Blue M Company, Watertown, Wisconsin,
Modell-Nummer POM-246F)
etwa 5 Stunden bis etwa 8 Stunden lang bei etwa 340°F (171°C) bis etwa
360°F (182°C) mindestens
teilweise thermisch gehärtet wurden.
Optional wurden die mindestens teilweise gehärteten keramischen Aggregatvorläuferteilchen
verkleinert, indem sie durch die "QUADRO COMIL" geführt
wurden. In der Regel werden die Teilchen durch das Passieren der "QUADRO COMIL" verkleinert, wobei
die "QUADRO COMIL" mit konischen Sieben
ausgerüstet war,
die relativ größere Öffnungen
aufweisen als jene, die zum Herstellen keramischer Aggregatvorläuferteilchen
verwendet werden. Für
die Teilchenverkleinerung wurde die Rührflügeldrehzahl der "QUADRO COMIL" auf 252 U/min eingestellt.
-
Verfahrensvorschrift Nr.
3: Allgemeine Verfahrensvorschrift zum Erwärmen keramischer Aggregatvorläuferteilchen
zum Herstellen keramischer Aggregatteilchen
-
In
den folgenden Beispielen wurden stabförmige keramische Aggregatvorläuferteilchen
durch einen aus zwei Schritten bestehenden Brennprozess in stabförmige keramische
Aggregatteilchen umgewandelt. Die zwei Schritte des Brennprozesses
wurden zu unterschiedlichen Zeiten ausgeführt, aber sie könnten optional auch
nacheinander in einem einzigen Brennofenzyklus ausgeführt werden.
-
Erster Brennschritt (d.
h. Vorbrennen)
-
Im
ersten Brennschritt wurden stabförmige
keramische Aggregatvorläuferteilchen
vorgebrannt, um Acrylatharz zu entfernen, das in dem Teilchenformungsprozess
verwendet wurde, der in Verfahrensvorschrift Nr. 2 beschrieben wurde,
und um zu bewirken, dass sich das keramische Bindemittelvorläufermaterial
ausreichend verbindet, so dass handhabbare und auffangbare Teilchen
entstehen. Die keramischen Aggregatvorläuferteilchen wurden auf eine
mittlere Teilchengröße verkleinert
(für konkrete
mittlere Teilchengrößen siehe
die Beispiele), um keramische Aggregatteilchen herzustellen, die
sich zum Herstellen von Schleifgegenständen auf einer Unterlage eignen.
Dann wurden die Teilchen in einer Dicke von 5/8 Inch (16 mm) in
3,5 Inch × 7,5 Inch
(89 mm × 190
mm) messenden Aluminiumoxidwannen (von Coors Ceramics Co., Golden,
Colorado) ausgebreitet und in einem Laborofen (von der Lindberg/Blue
M Company, Watertown, Wisconsin, Modell-Nummer BF 117) gemäß dem folgenden
Plan in Luft erwärmt:
- a. Heizrate etwa 3,6°F (2°C)/Minute von etwa Raumtemperatur
bis etwa 662°F
(350°C)
- b. etwa 2 Stunden Durchwärmen
bei etwa 662°F
(350°C)
- c. etwa 3,6°F
(2°C)/Minute
von etwa 662°F
(350°C)
bis etwa 1157°F
(625°C)
- d. etwa 1 Stunde Durchwärmen
bei etwa 1157°F
(625°C)
- e. Abkühlen
des Ofens auf etwa Raumtemperatur (der Ofen wurde abgeschaltet,
die Teilchen verblieben im Ofen, und sowohl der Ofen als auch die
Teilchen kühlten
mit einer unkontrollierten Rate auf etwa Raumtemperatur ab).
-
Nach
dem Vorbrennschritt wurden die keramischen Aggregatteilchen mit
Handdruck zerstoßen,
um längere
filamentartige Teilchen und Teilchencluster, die sich miteinander
verbunden hatten, aufzubrechen. In den Beispielen Nr. 2 bis Nr.
6 wurden die keramischen Aggregatteilchen nach dem vorgebrannten
Zustand ohne weitere Wärmebehandlung
für Schleiftests
verwendet.
-
Zweiter Brennschritt für die Beispiele
Nr. 1 und Nr. 7 bis Nr. 14
-
Während des
zweiten Brennschrittes für
die Beispiele Nr. 1 und Nr. 7 bis Nr. 14 wurden vorgebrannte keramische
Aggregatteilchen von Raumtemperatur auf eine Endtemperatur im Bereich
von etwa 1200°F (650°C) bis etwa
1832°F (1000°C) wiedererwärmt, um
eine teilweise oder vollständige
Verdichtung des keramischen Bindemittelvorläufermaterials zu bewirken.
In Vorbereitung auf das abschließende Brennen wurden vorgebrannte
Teilchen zusammen mit 10 Gewichts-% BP in einen 500 ml fassenden
Glaszylinder gegeben. Das Gemisch wurde dann ungefähr eine
Minute lang von Hand gestürzt,
um die Teilchen zu beschichten, um zu verhindern, dass sie in dem
anschließenden
Hochtemperatur-Brennschritt aneinander kleben. Die BP-beschichteten
Teilchen wurden in die Aluminiumschalen gegeben und in dem Laborofen
(von der Lindberg/Blue M Company, Watertown, Wisconsin, Modell-Nummer BF 117) gemäß folgendem
Plan gebrannt:
- a. Heizrate etwa 9°F (5°C)/Minute
von etwa Raumtemperatur auf Endtemperatur im Bereich von etwa 1200°F (650°C) bis etwa
1832°F (1000°C)
- b. etwa 4 Stunden Durchwärmen
bei Endtemperatur im Bereich von etwa 1200°F (650°C) bis etwa 1832°F (1000°C)
- c. Abkühlen
des Ofens auf etwa Raumtemperatur (der Ofen wurde abgeschaltet,
die Teilchen verblieben im Ofen, und sowohl der Ofen als auch die
Teilchen kühlten
mit einer unkontrollierten Rate auf etwa Raumtemperatur ab)
-
Die
gebrannten keramischen Aggregatteilchen wurden dann in einem mit
Polyethylen ausgekleideten Zementmischer (von CF Glico Inc., Graf
ton, Wisconsin, Modell-Nummer 59016A) 15 Minuten lang gestürzt, um
Teilchencluster aufzubrechen. Die gebrannten Teilchen wurden dann
mittels eines Ro-tap-Rüttelsiebes, Modell-Nummer
RX 29, und mittels 8 Inch (20,3 cm) durchmessenden Messingsieben
(von W. S. Tyler, Mentor, Ohio, Modell-Nummer RX 29) gesiebt, um
den Aluminiumoxidstaub zu entfernen und die gewünschten keramischen Aggregatteilchengrößen aufzufangen
(für die
konkrete Teilchengröße siehe
die Beispiele). Die gesiebten Teilchen wurden mit entionisiertem
Wasser gespült,
um restlichen Aluminiumoxidstaub zu entfernen, und die gewaschenen
Teilchen wurden dann in einer Aluminiumoxidwanne ausgebreitet und über Nacht
in einem Umluftofen bei 212°F
(100°C)
(von Despach Industries, Minneapolis, Minnesota, Modell-Nummer ALD2-11)
getrocknet.
-
Zweiter Brennschritt für die Beispiele
Nr. 15 bis Nr. 19
-
Während des
zweiten Brennschrittes für
die Beispiele Nr. 15 bis Nr. 19 wurden vorgebrannte keramische Aggregatteilchen
auf eine Endtemperatur von etwa 2732°F (1500°C) wiedererwärmt, um eine teilweise oder
voll ständige
Verdichtung des keramischen Bindemittelvorläufers zu bewirken. Ungefähr 100 Gramm
vorgebrannte keramische Aggregatteilchen wurden in 3 Inch durchmessende
Platintiegel verbracht und dann in einem Labor-Kammerofen (bei CM, Bloomfield, New
Jersey, unter der Handelsbezeichnung "CM RAPID TEMP" zu beziehen) gemäß folgendem Plan erwärmt:
- a. Heizrate etwa 9°F (5°C)/Minute von etwa Raumtemperatur
auf Endtemperatur von etwa 1500°C
- b. etwa 90 Minuten Durchwärmen
bei Endtemperatur von etwa 1500°C
- c. Abkühlen
des Ofens auf etwa Raumtemperatur (der Ofen wurde abgeschaltet,
die Teilchen verblieben im Ofen, und sowohl der Ofen als auch die
Teilchen kühlten
mit einer unkontrollierten Rate auf etwa Raumtemperatur ab) Die
gebrannten Teilchen wurden dann mittels eines Rotap-Rüttelsiebes,
Modell-Nummer RX 29, und mittels 8 Inch (20,3 cm) durchmessenden
Messingsieben (von W. S. Tyler, Mentor, Ohio, Modell-Nummer RX 29)
gesiebt, um den Aluminiumoxidstaub zu entfernen und die gewünschten
keramischen Aggregatteilchengrößen aufzufangen
(für die
konkreten Größen siehe
die Beispiele). Die gesiebten Teilchen wurden mit entionisiertem
Wasser gespült,
um restlichen Aluminiumoxidstaub zu entfernen, und die gewaschenen
Teilchen wurden dann in einer Aluminiumwanne ausgebreitet und über Nacht
etwa 10 Stunden lang in einem Umluftofen bei etwa 212°F (100°C) (von Despach
Industries, Minneapolis, Minnesota, Modell-Nummer ALD2-11) getrocknet.
-
Verfahrensvorschrift Nr.
4: Allgemeine Verfahrensvorschrift zum Herstellen von Schleifgegenständen auf
einem Folieträger
unter Verwendung von keramischen Aggregatteilchen, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurden
-
Beispiele
für Schleifgegenstände auf
Folieträgern
und mit Acrylat-Klebe- und -Einbettungsharzen wurden unter Verwendung
von keramischen Aggregatteilchen nach dem ersten Brennschritt und/oder
dem zweiten Brennschritt hergestellt. Das Klebe- und Einbettungsschichtharz
wurde gemäß der in
Table 1 gezeigten Formulierung hergestellt. Die Mengen sind in Gewichtsprozentanteilen
angegeben. Tabelle
1. Klebe- und Einbettungsschichtharzformulierung für Schleifgegenstände auf
einem Folieträger
-
PET-Folie
mit einer Dicke von 0,005 Inch (127 μm) wurde als der Träger verwendet.
Die Folie hatte eine 0,0008 Inch (20 Mikrometer) dicke EAA-Grundierungsbeschichtung.
Das Klebeharz wurde in einer Dicke von 0,012 Inch (300 Mikrometer)
mittels einer sechs Inch langen Universalziehklinge (von Paul Gardner,
Pompano Beach, Kalifornien, Modell-Nummer AP-G06) auf die grundierte
Folienoberfläche
aufgerakelt. Keramische Aggregatteilchen wurden von Hand auf das
nasse Harz geschüttet
und von Hand mehrere Male vor und zurück gewalzt, um die Teilchen
gleichmäßig auf
dem Träger
zu verteilen. Dann wurden die überschüssigen Teilchen
abgeschüttelt.
Die entstandene beschichtete Probe wurde dann mit Klebeband auf
einer Metallplatte befestigt und gehärtet, indem die Probe auf ein
Transportband gelegt wurde und durch ein UV-Härtungssystem (von Fusion UV
Systems, Gaithersburg, Maryland, Modell Nr. DRE 410 Q) unter Verwendung
einer 600 Watt starken Fusion UV-"d"-Lampe,
die auf "hohe" Leistung eingestellt
war, hindurchgeführt.
Die beschichtete Probe wurde dreimal durch das UV-Härtungssystem
mit etwa 30 ft/min (9,1 Meter/min) hindurchgeführt. Die beschichtete Probe
wurde dann über
einer 2 Inch (5 cm) durchmessenden Stange gebogen, um die beschichtete Probe
für die
Installation in der Schwingtrommeltestvorrichtung (siehe Testvorschrift
Nr. 1 unten) besser geeignet zu machen. Eine dünne Einbettungsbeschichtung
des gleichen Harzgemischs, das für
die Klebeschicht verwendet wurde, wurde dann von Hand auf die beschichtete
Probe aufgepinselt, und das überschüssige Harz wurde
mit einem Papiertuch abgetupft. Die mit einer Einbettungsschicht
versehene Probe wurde dann dreimal durch das UV-Härtungssystem
mit etwa 30 ft/min (9,1 Meter/min) hindurchgeführt. Die gehärtete beschichtete Probe
wurde dann erneut über
einer 2 Inch (5 cm) durchmessenden Stange gebogen, um die beschichtete Probe
für die
Installation in der Schwingtrommeltestvorrichtung (siehe Testvorschrift
Nr. 1 unten) besser geeignet zu machen.
-
Verfahrensvorschrift Nr.
5: Allgemeine Verfahrensvorschrift zum Herstellen von Schleifgegenständen auf
einem Gewebeträger
unter Verwendung von keramischen Aggregatteilchen, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurden
-
Beispiele
für Schleifgegenstände auf
Polyestergewebeträgern
und mit Klebe- und Einbettungsharzen auf Phenolbasis wurden mit
keramischen Aggregatteilchen hergestellt, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurden. Die Trägergewebe mit Y-Gewicht war
ein Satinbindungspolyester mit einem Basisgewicht von ungefähr 535 g/m2 (von Wisselink Textiles, Aalten, Niederlande).
Das Klebeharz war ein Gemisch aus CaCO3 und
Phenol auf Wasserbasis (von Georgia-Pacific Resins, Columbus, Ohio,
Produktnummer GP23155B) mit einem Gewichtsverhältnis von 52:48. Eine Ziehvorrichtung "ACCU LAB" (bei der Paul Gardner Co.,
Pompano Beach, Florida, unter der Handelsbezeichnung "ACCU LAB" zu beziehen) und
ein mit Draht Nr. 90 umwickelter Beschichtungsstab (von der Paul
Gardner Co., Pompano Beach, Florida) wurden verwendet, um eine gleichmäßige Beschichtung
aus Klebeharz auf dem Polyesterträger auszubreiten. Das Klebebeschichtungsgewicht
für die
Einstellung des mit Draht Nr. 90 umwickelten Beschichtungsstabes
in der "ACCU LAB"-Vorrichtung betrug
ungefähr
230 g/m2 auf Trockengewichtsbasis. Das Klebebeschichtungsgewicht
wurde für
eine bestimmte Einstellung des mit Draht Nr. 90 umwickelten Beschichtungsstabes
in der "ACCU LAB"-Vorrichtung mit
Hilfe des folgenden Verfahrens ermittelt: Wiegen einer Trägerprobe,
Aufbringen einer Klebeschicht auf die Trägerprobe unter Verwendung der "ACCU LAB"-Vorrichtung bei
einer bestimmten Einstellung, Trocknen der Klebeschicht in einem
Konvektionsofen (von Precision Scientific, Chicago, Illinois, Modell-Nummer
8) etwa 2 Stunden bei etwa 190°F
(88°C) und
dann Wiegen des getrockneten klebebeschichteten Trägers. Beschichtungsgewicht
= (Gewicht der getrockneten klebebeschichteten Trägerprobe – das Gewicht der
Trägerprobe)/(Fläche der
Trägerprobe).
Keramische Aggregatteilchen, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt waren, wurden dann von Hand auf das nasse Klebeharz
geschüttet
und mehrere Male von Hand vor und zurück gewalzt, um die Teilchen
gleichmäßig auf
dem Träger
zu verteilen. Dann wurden die überschüssigen Teilchen
abgeschüttelt.
Die beschichteten Proben wurden über
Nacht etwa 10 Stunden lang in einem Konvektionsofen (von Precision
Scientific, Chicago, Illinois, Modell-Nummer 8), der auf etwa 180°F (82°C) eingestellt
war, erwärmt.
Das Einbettungsharz war ein Gemisch aus Kryolith und Phenol auf
Wasserbasis (von Georgia-Pacific Resins, Columbus, Ohio, Produktnummer
GP23155B) in einem Gewichtsverhältnis
von 52:48 und wurde dann von Hand auf die beschichteten Proben auf
gepinselt. Die einbettungsbeschichteten Proben wurden in einem Konvektionsofen
(von Precision Scientific, Chicago, Illinois, Modell-Nummer 8) etwa
1 Stunde bei etwa 180°F
(82°C) erwärmt und
dann etwa 2 Stunden lang bei etwa 200°F (93°C) gehärtet, gefolgt von etwa 30 Minuten
bei etwa 220°F
(104°C)
und etwa 1 Stunde bei etwa 245°F
(118°C).
Nach dem Härten
wurden die beschichteten Schleifproduktproben über einer 2 Inch (5 cm) durchmessenden
Stange gebogen, um die beschichtete Probe für die Installation in der Schwingtrommeltestvorrichtung
(siehe Testvorschrift Nr. 1 unten) besser geeignet zu machen.
-
Testvorschrift Nr. 1:
Schwingtrommel
-
Schleifgegenstände, die
gemäß der Verfahrensvorschrift
Nr. 4 oder Nr. 5 hergestellt waren, wurden zu Bögen von 10 Inch × 2,5 Inch
(25,4 cm × 6,4
cm) geschnitten. Diese Proben wurden auf einer zylindrischen Stahltrommel
einer Testmaschine angebracht. Die Stahltrommel maß 13 Inch
(33 cm) im Durchmesser und wurde durch einen Elektromotor und einen
Schubstangenhebel dergestalt angetrieben, dass die Trommel oszillierte
(in einem kleinen Bogen vor und zurück schwang). Ein Werkstück aus Kohlenstoffstahl
1018 (ein Werkstück
wird durch den Schleifgegenstand geschliffen), das 3/16 Inch (0,48
cm) im Quadrat maß,
wurde in einer Hebelarmanordnung über der Schleifproduktprobe
fixiert, und es wurde eine Last von etwa 8 lb (3,6 kg) an das Werkstück angelegt.
Beim Vor- und Zurückschwingen
des Schleifgegenstandes wurde das Werkstück abgeschliffen, und es entstand
eine 3/16 Inch × 5,5
Inch (0,48 cm × 14
cm) große
Materialabtragsspur auf dem Schleifgegenstand. Über dieser Materialabtragsspur
fanden ungefähr
60 Hübe
in der Minute statt. Ein Druckluftstrahl mit 20 psi (138 kPa) wurde
auf die Probe gerichtet, um Schleifspäne und -trümmer von der Materialabtragsspur
zu entfernen. Die Menge an Stahl, die nach jeweils 1000 Zyklen abgetragen
war (wobei ein Zyklus eine Vor- und Zurückbewegung ist), wurde als
die "Intervallabtragsmenge" protokolliert, und
die "Gesamtabtragsmenge" war die zusammengenommene
Menge an Stahl (die zusammengerechneten "Intervallabtragsmengen"), die am Endpunkt
des Tests abgetragen war. Der Endpunkt wurde als der Punkt bestimmt,
an dem eine festgelegte Anzahl von Zyklen absolviert war oder an
dem die Materialabtragsrate auf weniger als ungefähr 40 %
der maximalen Intervallabtragsmenge, die für diesen Test protokolliert
wurde, abfiel. Dieser Verfahrensablauf heißt im vorliegenden Text "Schwingtrommeltest".
-
Testvorschrift Nr. 2:
Drucktest
-
Für jeden
Test wurden ungefähr
5 Gramm keramische Aggregatteilchen verwendet. Die Teilchen wurden
von Hand zerstoßen,
und Teilchen, die im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 2 mm lagen,
wurden getestet. Die zerstoßenen
keramischen Aggregatteilchen wurden auf einen Epoxidharz-Labortisch
geschüttet
und von Hand ausgebreitet, um die einzelnen Teilchen voneinander
zu trennen. Dann wurden die Teilchen unter Verwendung eines Kraftmessgerätes (von
Shimpo Instruments, Lincolnwood, Illinois, Modell-Nummer FGV-50), das
mit einem Anschluss für
einen flachen Kompressionsfuß versehen
war, getestet. Das Kraftmessgerät
hatte einen Messbereich von 0 bis 60 lbs. Der flache Kompressionsfuß des Kraftmessgerätes wurde
in einer horizontalen Position über – und in
Kontakt mit – dem
zu zerstoßenden
Teilchen gehalten, und es wurde von Hand eine konstante Kraft angelegt,
bis das Teilchen brach (der Teilchenbruch wurde anhand eines hörbaren Geräuschs und/oder
nach Gefühl
festgestellt). Die maximale Kraft, die angelegt wurde, um das Teilchen
zum Brechen zu bringen (d. h. der Drucktestwert), wurde protokolliert,
und der Test wurde wiederholt. Der angegebene Drucktestwert war
ein Mittelwert von mindestens 40 Teilchen einer bestimmten Probe.
-
Vergleichsbeispiel
A
-
Unter
Verwendung von organisch gebundenen Agglomeratschleifteilchen (bei
der 3M Co., St. Paul, Minnesota, unter der Handelsbezeichnung "MULTICUT C" zu beziehen) wurden
Proben mit einem Folieträger hergestellt. "MULTICUT C"-Teilchen enthalten
AG321-Schleifkörner
der Sorte P100, die mittels eines Kryolith-gefüllten phenolischen Bindungssystems
miteinander verbunden sind. Die beschichteten Proben wurden gemäß Verfahrensvorschrift
Nr. 4 hergestellt, aber anstelle der keramischen Aggregatteilchen,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt waren, wurden "MULTICUT C"-Teilchen Nr. 100 verwendet.
-
Vergleichsbeispiel
B
-
Die
im Vergleichsbeispiel B hergestellten Schleifgegenstände auf
einer Unterlage wurden mittels einer einzelnen Schicht AG321-Schleifkörner der
Sorte P100 hergestellt, die elektrostatisch auf einen Polyesterträger unter
Verwendung von CaC03-gefülltem
Phenolklebeharz und Kryolith-gefülltem
Phenol-Einbettungsharz aufbeschichtet wurden. Die Trägergewebe
mit Y-Gewicht war ein Satinbindungspolyester mit einem Basisgewicht
von ungefähr
331 g/m2 (von Milliken & Co., Lagrange, Georgia). Das Klebeharz
war ein Gemisch mit einem Gewichtsprozentverhältnis von 52:48, das ein CaCO3-gefülltes Phenolharz
auf Wasserbasis (von Georgia-Pacific
Resins, Columbus, Ohio, Produktnummer GP23155B) enthielt. Das Gewicht
der nassen Harzbeschichtung betrug ungefähr 150 g/m2.
330 g/m2 AG321-Schleifkörner der Sorte P100 wurden
elektrostatisch aufgebracht, um einen Schleifgegenstand auf einer
Unterlage zu erhalten. Die Klebeschicht wurde dann in einem Umluftofen
(von Despach Industries, Minneapolis, Minnesota, Modell-Nummer Typ
S) etwa 30 Minuten bei etwa 175°F
(79°C) und
etwa 90 Minuten bei etwa 200°F
(93°C) vorgehärtet. Dann
wurde eine Einbettungsschicht aus einem Kryolith-gefüllten Phenolharz
auf Wasserbasis mit einem Nassbeschichtungsgewicht von ungefähr 177 g/m2 aufgebracht. Die Einbettungsschicht wurde
etwa 30 Minuten bei etwa 175°F
(79°C) und etwa
120 Minuten bei etwa 200°F
(93°C) in
dem Ofen vorgehärtet.
Das beschichtete Material wurde dann etwa 10 Stunden bei etwa 212°F (100°C) in dem
Ofen endgehärtet
und dann über
einer 2 Inch (5 cm) durchmessenden Stange gebogen, um die beschichtete
Probe für
die Installation in der Schwingtrommeltestvorrichtung (siehe Testvorschrift
Nr. 1 unten) besser geeignet zu machen.
-
Beispiel Nr. 1
-
Beispiel
Nr. 1 demonstriert, dass keramische Aggregatteilchen gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Schleifkorn der
Sorte Nr. 100 und nicht-kristallinem Bindemittelvorläufer hergestellt
werden können.
Keramische Aggregatvorläuferschlämme wurde,
wie in Verfahrensvorschrift Nr. 1 beschrieben, unter Verwendung
eines Mischers (von der Hobart Corporation, Troy, Ohio, Modell-Nummer A120T)
und AG321-Schleifkorn
der Sorte P100 hergestellt. Die Schmirgelschlämmenformulierung ist in Tabelle
2 angeführt
und wurde durch Zusammenfügen
der Bestandteile in Tabelle 2 in der Reihenfolge, wie sie in der
Tabelle angegeben ist, kombiniert. Die Endtemperatur der Schmirgelschlämme nach
dem Mischen betrug ungefähr
90°F (32°C). Tabelle
2. Beispiel 1 – Schmirgelschlämmenformulierung
-
Es
wurden keramische Aggregatvorläuferteilchen
wie in Verfahrensvorschrift Nr. 2 beschrieben hergestellt. Die "QUADRO COMIL" wurde mit einem
kleinen runden Rührflügel und
einem 0,075 Inch (19 mm) breiten Spalt und einem konischen Sieb
mit 0,045 Inch (11 mm) messenden runden Öffnungen hergerichtet. Die Antriebsmotordrehzahl
wurde auf 1600 U/min eingestellt. Vorgebrannte Teilchen wurden mit
einem weiteren Durchgang durch die "QUADRO COMIL" verkleinert. Die Vorläuferteilchen
wurden wie in Verfahrensvorschrift Nr. 3 beschrieben vorgebrannt.
Die vorgebrannten Teilchen wurden dann mit einem weiteren Durchgang
durch die "QUADRO
COMIL" verkleinert,
bevor sie gemäß Verfahrensvorschrift
Nr. 3 endgebrannt wurden, außer dass
die abschließende
Brenntemperatur etwa 1697°F
(925°C)
betrug. Die gebrannten keramischen Aggregatteilchen wurden gesiebt,
und der Größenanteil,
der durch ein Sieb mit Mesh-Zahl 16 hindurchfiel und auf einem Sieb
mit Mesh-Zahl 20 liegen blieb, wurde aufgefangen. Die gesiebten
Teilchen wurden zum Herstellen von Schleifgegenständen auf
einem Folieträger
gemäß Verfahrensvorschrift
Nr. 4 verwendet. Die beschichteten Proben von Beispiel Nr. 1 wurden
gemäß der Schwingtrommeltestvorschrift
(Testvorschrift Nr. 1) getestet und mit Proben verglichen, die gemäß den Vergleichsbeispielen
A und B hergestellt wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Tabelle
3. Schwingtrommeltest für
Beispiel Nr. 1 und Vergleichsbeispiele A und B
![Figure 00670001](https://patentimages.storage.***apis.com/d1/62/e2/274028155d583d/00670001.png)
![Figure 00680001](https://patentimages.storage.***apis.com/b3/95/80/044e5883ffbe5c/00680001.png)
-
Die
Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, dass der in Beispiel Nr. 1 hergestellte
Schleifgegenstand während des
gesamten Tests Intervallmaterialabtragsraten (Gramm/1000 Zyklen)
aufwies, die zwischen 30 und 50 höher waren als bei dem in Vergleichsbeispiel
A hergestellten Schleifgegenstand. In den ersten 1000 Zyklen erreichte
Beispiel Nr. 1 eine Materialabtragsrate von 86 % des in Vergleichsbeispiel
B hergestellten Schleifgegenstandes und übertraf die Materialabtragsrate
von Vergleichsbeispiel B über
den verbleibenden Teil des Tests hinweg. Die Gesamtabtragsmenge
von Beispiel Nr. 1 betrug 165 % von Vergleichsbeispiel A und 427
% von Vergleichsbeispiel B.
-
Vergleichsbeispiel
C
-
Die
in Vergleichsbeispiel C hergestellten Schleifgegenstände hatten
einen Gewebeträger
und wurden mit organisch gebundenen Agglomeratschleifteilchen (bei
3M Co., St. Paul, Minnesota, unter der Handelsbezeichnung "MULTICUT C" zu beziehen) beschichtet. "MULTICUT C"-Teilchen der Sorte Nr. 60 enthielten AG321-Schleifkörner der
Sorte Nr. 60, die durch ein Kryolith-gefülltes phenolisches Bindungssystem
miteinander verbundenen waren. Die beschichteten Proben wurden gemäß Verfahrensvorschrift
Nr. 4 hergestellt, aber anstelle der keramischen Aggregatteilchen,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt waren, wurden "MULTICUT C"-Teilchen
Nr. 60 verwendet.
-
Vergleichsbeispiel D
-
Die
in Vergleichsbeispiel D hergestellten Schleifgegenstände waren
handelsübliche
Schleifgegenstände
auf einer Unterlage (bei der 3M Co., St. Paul Minnesota, unter der
Handelsbezeichnung "3M
967F" zu beziehen). "3M 967F" der Sorte Nr. 60
enthielt eine einzelne Schicht AG321-Schleifkörner der Sorte Nr. 60, die elektrostatisch
auf einen Polyestergewebeträger
mit Klebe- und Einbettungsharzen auf Phenolbasis beschichtet waren.
-
Beispiele Nr. 2 bis Nr.
5
-
Die
keramischen Aggregatteilchen, die für die Beispiele Nr. 2 bis Nr.
5 hergestellt wurden, demonstrierten die Verwendung von Schleifmitteln
mit größerem Korn
(Sorte Nr. 60) und nicht-kristallinem keramischem Bindemittelvorläufer. Bei
den Teilchen von Beispiel Nr. 2 betrug das Gewichtsverhältnis von
Schleifkorn zu nichtkristallinem Bindemittelvorläufer 1,5, und in Beispiel Nr.
3 betrug das Gewichtsverhältnis
von Schleifkorn zu nicht-kristallinem Bindemittelvorläufer 3,0.
In den Beispielen Nr. 4 und Nr. 5 wurden zwei verschiedene keramische
Aggregatteilchengrößen bei
der Herstellung von Schleifgegenständen auf einer Unterlage kombiniert.
Keramische Aggregatvorläuferschlämmen wurden,
wie in Verfahrensvorschrift Nr. 1 beschrieben, unter Verwendung
von AG321-Schleifkorn der Sorte Nr. 60 hergestellt. Die Schmirgelschlämmenformulierung
ist in Tabelle 4 angeführt
und wurde kombiniert, indem zuerst die Bestandteile in Tabelle 4
in der genannten Reihenfolge zusammengeführt wurden, mit Ausnahme von
SGP und AG321 Sorte Nr. 60. SGP und AG321 Sorte Nr. 60 wurden zuerst
miteinander kombiniert und dann langsam zu den übrigen Bestandteile in Tabelle
4 hinzugegeben. Tabelle
4. Schmirgelschlämmenformulierungen
für die
Beispiele Nr. 2 bis Nr. 5
![Figure 00690001](https://patentimages.storage.***apis.com/2d/43/08/ca39ba852a1b81/00690001.png)
![Figure 00700001](https://patentimages.storage.***apis.com/c6/db/33/30c84fa3a9398a/00700001.png)
-
Das
Mischen erfolgte in einem Mischer (von der Hobart Corporation, Troy,
Ohio, Modell-Nummer A120T) mit einem Scheibenrotor und mit der langsamsten
Drehzahleinstellung. Nachdem das SGP/AG321-Gemisch dem Harzgemisch
beigegeben war, wurde die Drehzahl auf "mittel" erhöht.
Das Mischen wurde etwa 25 Minuten fortgesetzt, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 1 beschrieben. Die Endtemperatur des Gemischs lag im Bereich
von etwa 100°F
(38°C) bis
etwa 120°F
(49°C).
-
Es
wurden keramische Aggregatvorläuferteilchen
wie in Verfahrensvorschrift Nr. 2 beschrieben hergestellt. Während des
gesamten Herstellungs- und Brennprozesses wurden die Teilchen, die
für die
Beispiele Nr. 2 und Nr. 4 hergestellt wurden, von den Teilchen getrennt
gehalten, die für
die Beispiele Nr. 3 und Nr. 5 hergestellt wurden. Die "QUADRO COMIL" wurde mit einem
kleinen runden Rührflügel, einem
0,075 Inch (1,90 mm) breiten Spalt und einem konischen Sieb mit
0,062 Inch (1,57 mm) messenden runden gitterrostartigen Öffnungen
hergerichtet, und die Antriebsmotordrehzahl wurde auf 470 U/min
eingestellt. Nachdem die Schlämmen durch
die "QUADRO COMIL" und das UV-Härtungssystem
geleitet wurden, wurden die mindestens teilweise gehärteten Vorläuferteilchen
in Aluminiumwannen verbracht und in einem Umluftofen (von der Lindberg/Blue M
Company, Watertown, Wisconsin, Modell-Nummer POM-246F) etwa 6 Stunden
bei etwa 350°F
(177°C) thermisch
gehärtet.
-
Nachdem
sie mindestens teilweise thermisch ausgehärtet waren, wurden die keramischen
Aggregatvorläuferteilchen
mit einem weiteren Durchgang durch die "QUADRO COMIL" unter Verwendung eines 0,075 Inch (1,90
mm) breiten Spaltes und eines 0,094 Inch (2,39 mm) großen Gitterrostsiebes
verkleinert. Die Teilchen wurden dann wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 3 beschrieben vorgebrannt. Die vorgebrannten keramischen Aggregatteilchen
wurden unter Verwendung eines Rüttelsortierers
(von der Exolon Co., Tanawanda, New York, Modell-Nummer 501) und
eines Edelstahlsiebes mit Mesh-Zahl 24 (von der Cambridge Wire Cloth
Co., Cambridge, Maryland) gesiebt. Die Teilchen, die durch das Sieb
mit Mesh-Zahl 24 hindurchfielen ("feine" Teilchengröße), wurden von den Teilchen
getrennt, die das Sieb mit Mesh-Zahl 24 nicht passierten ("grobe" Teilchengröße). Beide
Teilchengrößen wurden
aufgefangen und zum Herstellen von zu testenden Schleifgegenständen auf
einer Unterlage verwendet.
-
Die
gesiebten Teilchen wurden zum Herstellen von Schleifgegenständen auf
einem Gewebeträger
gemäß Verfahrensvorschrift
Nr. 5 verwendet. Für
die Beispiele Nr. 2 und Nr. 3 wurden nur die "groben" Teilchen zum Herstellen von Schleifgegenständen auf
einer Unterlage verwendet. Für
die Beispiele Nr. 4 und Nr. 5 wurden zuerst die groben Teilchen
auf die Probe beschichtet, und dann wurden die offenen Räume zwischen
den "groben" Teilchen teilweise
ausgefüllt,
indem die "feinen" Teilchen aufgebracht
wurden, um Schleifgegenstände
auf einer Unterlage gemäß Verfahrensvorschrift
Nr. 5 herzustellen. Alle beschichteten Proben wurden getrocknet,
mit einer Einbettungsschicht versehen und gehärtet, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 3 beschrieben. Die beschichteten Proben der Beispiele Nr. 2
bis Nr. 5 wurden gemäß der Schwingtrommeltestvorschrift
(Testvorschrift Nr. 1) getestet und mit den Proben der Vergleichsbeispiele
C und D verglichen. Für
diese Tests war der Endpunkt des Tests nach 18.000 Zyklen oder als
die Materialabtragsrate für
eine Probe auf weniger als etwa 40 % der maximalen Intervallabtragsmenge,
die für
diese Probe verzeichnet wurde, abfiel. Die Testergebnisse sind in
Tabelle 5 zusammengefasst. Tabelle
5. Schwingtrommeltest für
die Beispiele Nr. 2 bis Nr. 5 und die Vergleichsbeispiele C und
D
![Figure 00720001](https://patentimages.storage.***apis.com/03/c6/7a/1de81bee0a31ad/00720001.png)
-
Wie
in Tabelle 5 gezeigt, erbrachten einige beschichtete Proben, die
mit keramischen Aggregatteilchen hergestellt waren, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt waren, Gesamtabtragsmengen von 108 % bis 120
% von denen des Vergleichsbeispiels C und 275 % bis 305 % von denen
des Vergleichsbeispiels D. Die Gesamtabtragsmenge des in Beispiel
Nr. 3 hergestellten Schleifgegenstandes wurde durch vorzeitiges Ausbrechen
der Teilchen aus dem Träger
begrenzt.
-
Beispiele Nr. 6 bis Nr.
8
-
Die
in den Beispielen Nr. 6 bis Nr. 8 hergestellten Schleifgegenstände dienten
dem Zweck, die Auswirkung der Brenntemperatur, die zum Herstellen
keramischer Aggregatteilchen verwendet wird, auf die Materialabtragsleistung
von Schleifgegenständen
aufzuzeigen. Die keramischen Aggregatteilchen, die zum Herstellen
von Schleifgegenständen
der Beispiele Nr. 6 bis Nr. 8 verwendet wurden, sollten überdies
aufzeigen, dass zwei Sorten von Schleifkörnern in einem Verfahren der
vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um keramische Aggregatteilchen
herzustellen.
-
Es
wurde keramische Aggregatvorläuferschlämme, wie
in Verfahrensvorschrift Nr. 1 beschrieben, unter Verwendung einer
Kombination von AG321-Schleifkörnern
der Sorten Nr. 60 und Nr. 320 hergestellt. Die Schmirgelschlämmenformulierung
ist in Tabelle 6 angeführt
und wurde kombiniert, indem zuerst die Bestandteile in Tabelle 6
in der angegebenen Reihenfolge zusammengebracht wurden, mit Ausnahme
von SGP und AG321 der Sorten Nr. 60 und Nr. 320. SGP und AG321 der
Sorten Nr. 60 und Nr. 320 wurden zuerst kombiniert und dann langsam
zu den übrigen
Bestandteilen in Tabelle 6 hinzugegeben. Tabelle
6. Schmirgelschlämmenformulierung
für die
Beispiele Nr. 6 bis Nr. 8
-
Das
Mischen erfolgte in einem Mischer (von der Hobart Corporation, Troy,
Ohio, Modell-Nummer A120T) mit einem Scheibenrotor und mit der langsamsten
Drehzahleinstellung. Nachdem das SGP/AG321-Gemisch dem Harzgemisch
beigegeben wurde, wurde die Drehzahl auf "mittel" erhöht.
Das Mischen wurde etwa 25 Minuten fortgesetzt, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 1 beschrieben. Die Endtemperatur des Gemischs betrug etwa 100°F (38°C). Es wurden
keramische Aggregatvorläuferteilchen
wie in Verfahrensvorschrift Nr. 2 beschrieben hergestellt. Die "QUADRO COMIL" wurde mit einem
massiven Rührflügel (Arrow 1701),
einem 0,075 Inch (1,90 mm) breiten Spalt und einem konischen Sieb
mit 0,050 Inch (1,27 mm) messenden runden, gitterrostartigen Öffnungen
hergerichtet, und der Antriebsmotor wurde auf 253 U/min eingestellt. Nachdem
die Schlämme
die "QUADRO COMIL" und das UV-Härtungssystem
durchlaufen hatte, wurden die mindestens teilweise gehärteten keramischen
Aggregatvorläuferteilchen
in Aluminiumwannen verbracht und in einem Umluftofen (von der Lindberg/Blue
M Company, Watertown, Wisconsin, Modell-Nummer POM-246F) etwa 6
Stunden bei etwa 350°F
(177°C)
thermisch gehärtet.
Die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
wurden dann verkleinert, indem man sie durch die "QUADRO COMIL" unter Verwendung
eines 0,075 Inch (1,90 mm) breiten Spaltes und eines 0,062 Inch
(1,57 mm) großen
Gitterrostsiebes passieren ließ.
Nach der Verkleinerung wurden die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
unter Verwendung eines Rüttelsortierers
(von der Exolon Co., Tanawanda, New York, Modell-Nummer 501) und
eines Edelstahlsiebes mit Mesh-Zahl 36 (von der Cambridge Wire Cloth
Co., Cambridge, Maryland) gesiebt, um den "Feinstaub" zu entfernen. Die Teilchen, die von
dem Sieb mit Mesh-Zahl 36 zurückgehalten
wurden, wurden auf gefangen.
-
Die
Teilchen für
das Beispiel Nr. 6 wurden gemäß Verfahrensvorschrift
Nr. 3 vorgebrannt und gesiebt. Die Teilchen, die ein Sieb mit Mesh-Zahl
16 passierten, aber von einem Sieb mit Mesh-Zahl 30 zurückgehalten wurden,
wurden aufgefangen und zum Herstellen von Proben für das Beispiel
Nr. 6 verwendet. Die Teilchen für
die Beispiele Nr. 7 und Nr. 8 wurden wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 3 beschrieben gebrannt. Die Endtemperaturen während des
zweiten Brennschrittes betrugen etwa 1382°F (750°C) und etwa 1697°F (925°C) für das Beispiel
Nr. 7 bzw. das Beispiel Nr. 8. Dann wurden die Teilchen für die Beispiele
Nr. 7 und Nr. 8 gesiebt und gewaschen, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 3 beschrieben. Die Teilchen, die ein Sieb mit Mesh-Zahl 16 passierten,
aber von einem Sieb mit Mesh-Zahl 30 zurückgehalten wurden, wurden aufgefangen
und zum Herstellen von Proben für
die Beispiele Nr. 7 und Nr. 8 verwendet.
-
Die
Teilchen, die für
die Beispiele Nr. 6 bis Nr. 8 hergestellt wurden, wurden zum Herstellen
von Schleifgegenständen
auf einem Gewebeträger,
wie in Verfahrensvorschrift Nr. 5 beschrieben, verwendet. Eine einzelne
Beschichtung aus gebrannten Teilchen wurde aufgebracht, und die
beschichteten Proben wurden gemäß Verfahrensvorschrift
Nr. 5 getrocknet, mit einer Einbettungsschicht versehen und gehärtet. Die
Schleifgegenstände
der Beispiele Nr. 6 bis Nr. 8 wurden auf der Schwingtrommel gemäß Testvorschrift
Nr. 1 getestet und mit den Schleifgegenständen der Vergleichsbeispiele
C und D verglichen. Für
diese Tests war der Endpunkt nach 6000 Schwingtrommelzyklen erreicht.
Die Testergebnisse sind in Tabelle Nr. 7 zusammengefasst. Tabelle
7. Schwingtrommeltestergebnisse für die Beispiele Nr. 6 bis Nr.
8
-
Wie
in Tabelle 7 gezeigt, wies der in Beispiel Nr. 8 hergestellte Schleifgegenstand,
der mit keramischen Aggregatteilchen hergestellt wurde, die bei
etwa 1697°F
(925°C)
gebrannt wurden, eine Gesamtabtragsmenge von etwa 150 % des Schleifgegenstandes
in den Vergleichsbeispielen C und D auf. Der Schleifgegenstand in Beispiel
Nr. 8 erreichte eine maximale Materialabtragsrate von etwa 158 %
des Schleifgegenstandes aus Vergleichsbeispiel C und etwa 125 %
des Schleifgegenstandes aus Vergleichsbeispiel D. Die Auswirkung
einer erhöhten
Brenntemperatur auf keramische Aggregatteilchen wird durch die zunehmenden
Gesamtabtrags- und maximalen Materialabtragsraten für die Schleifgegenstände der
Beispiele Nr. 7 und Nr. 8 im Vergleich mit denen von Beispiel Nr.
6 widergespiegelt.
-
Beispiele Nr. 9 bis Nr.
14
-
Die
in den Beispielen Nr. 9 bis Nr. 14 verwendeten Teilchen zeigen die
Auswirkung einer zunehmenden Brenntemperatur während des zweiten Brennschrittes
in der Verfahrensvorschrift Nr. 3 auf die Druckfestigkeit und Porosität von keramischen
Aggregatteilchen. Die keramischen Aggregatteilchen, die zum Herstellen
von Schleifgegenständen
in Beispiel Nr. 2 verwendet wurden, wurden als Teilchen in den Beispielen
Nr. 9 bis Nr. 11 verwendet. Für
das Beispiel Nr. 9 wurden die Teilchen so verwendet, wie sie für Beispiel
Nr. 2 hergestellt wurden. Für
die Beispiele Nr. 10 und Nr. 11 wurden die Teilchen gemäß dem in
Verfahrensvorschrift Nr. 3 beschriebenen zweiten Brennschritt auf
die in Tabelle 8 angegebenen abschließenden Brenntemperaturen "nachgebrannt". Die keramischen
Aggregatteilchen, die zum Herstellen von Schleifgegenständen in
Beispiel Nr. 3 verwendet wurden, wurden als Teilchen in den Beispielen
Nr. 12 bis Nr. 14 verwendet. Für
das Beispiel Nr. 12 wurden die Teilchen so verwendet, wie sie für Beispiel
Nr. 3 hergestellt wurden. Für
die Beispiele Nr. 13 und Nr. 14 wurden die vorgebrannten Teilchen
von Beispiel Nr. 3 gemäß dem zweiten
Brennschritt in Verfahrensvorschrift Nr. 3 auf die in Tabelle 8
angegebenen abschließenden
Brenntemperaturen gebrannt. Tabelle 8 listet auch die folgenden
physikalischen Eigenschaften der keramischen Aggregatteilchen auf:
Gesamtporenvolumen, Volumenprozentporosität, scheinbare Schüttdichte
und mittlere Druckfestigkeit. Das Gesamtporenvolumen und das scheinbare
Teilchenvolumen wurden mittels Quecksilberintrusionsporosimetrieanalyse
unter Verwendung eines "MICROMETIRICS
AUTO PORE"-Instruments
(bei der Micromeritics Corp., Norcross, Georgia, unter der Handelsbezeichnung "MICROMETIRICS AUTO
PORE" zu beziehen)
gemessen. Das Gesamtporenvolumen ist das massenormalisierte Gesamtvolumen
der offenen Räume
innerhalb des keramischen Aggregatteilchens, die eine Verbindung
zur Außenfläche des
Teilchens haben und das Eindringen von Quecksilber infolge von Kapillarwirkung
in das keramische Aggregatteilchen gestatten. Die Quecksilberintrusionsporosimetrie
gestattet das Messen des Eindringens von Quecksilber in Teilchen
mit Porendurchmessern im Bereich von etwa 0, 07 Mikrometern bis
etwa 900 Mikrometern. Die Volumenprozentporosität wird folgendermaßen berechnet:
(Gesamtporenvolumen/Scheinbares Teilchenvolumen)·100. Das scheinbare Teilchenvolumen
ist das Volumen von Quecksilber, das durch das keramische Aggregatteilchen
verdrängt
wird. Die scheinbare Schüttdichte
ist das Verhältnis
der Masse des keramischen Aggregatteilchens zum scheinbaren Teilchenvolumen.
Die Druckfestigkeit ist die mittlere Kraft, die erforderlich ist,
um ein Teilchen unter einer Drucklast zu zerbrechen, und ist in
Testvorschrift Nr. 2 weiter beschrieben. Tabelle
B. Physikalische Eigenschaften für
die Beispiele Nr. 9 bis Nr. 14
![Figure 00780001](https://patentimages.storage.***apis.com/8c/a9/d9/d90d4ac790a862/00780001.png)
-
Beispiele Nr. 15 bis Nr.
19
-
Die
keramischen Aggregatteilchen in den Beispielen Nr. 15 bis Nr. 19
sollen die Verwendung von kristallinem keramischem Bindemittelvorläufermaterial
(zum Beispiel alpha-Aluminiumoxidpulver) und Elektrokorund, keramischem
Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid-Schleifteilchen zum Herstellen
keramischer Aggregatteilchen demonstrieren. Die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
in den Beispielen Nr. 15 bis Nr. 19 wurden in einer ähnlichen
Weise hergestellt wie die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
in den Beispielen Nr. 6 bis Nr. B. Die keramischen Aggregatvorläuferschlämmen wurden,
wie in Verfahrensvorschrift Nr. 1 beschrieben, unter Verwendung
von entweder AG321-Schleifkorn (für die Beispiele Nr. 15 und
Nr. 16), AO-Schleifkorn (für die
Beispiele Nr. 17 und Nr. 18) oder SC-Schleifkorn (für das Beispiel
Nr. 19) hergestellt. In den Beispielen Nr. 15 bis Nr. 19 wurde das
in den Beispielen Nr. 6 bis Nr. 8 verwendete keramische Bindemittelvorläufermaterial SGP
durch AOP ersetzt. Die Schmirgelschlämmenformulierungen für die Beispiele
Nr. 15 bis Nr. 19 sind in Tabelle 9 gezeigt und wurden kombiniert,
indem zuerst die Bestandteile in Tabelle 9 in der angegebenen Reihenfolge
vermischt wurden, mit Ausnahme des AOP und der AG321-Sorten Nr. 60 und
Nr. 320 (Beispiele Nr. 15 und Nr. 16), des AO der Sorte Nr. 80 (Beispiele
Nr. 17 und Nr. 18) oder des SC der Sorte Nr. 80 (Beispiel Nr. 19).
In jedem dieser Beispiele wurde das AOP zuerst mit dem AG321 der
Sorte Nr. 60 und Nr. 320, dem AO der Sorte Nr. 80 oder dem SC der
Sorte Nr. 80 kombiniert, und die kombinierten Gemische wurden dann
langsam zu den übrigen
Bestandteilen in Tabelle 9 hinzugegeben. Tabelle
9. Schmirgelschlämmenformulierungen
für die
Beispiele Nr. 15 bis Nr. 19
![Figure 00800001](https://patentimages.storage.***apis.com/47/08/51/0462b74357efab/00800001.png)
-
Das
Mischen erfolgte in einem Mischer (von der Hobart Corporation, Troy,
Ohio, Modell-Nummer A120T) mit einem Scheibenrotor und mit der langsamsten
Drehzahleinstellung. Nachdem das AOP/AG321- oder AO-Gemisch dem
Harzgemisch hinzugegeben wurde, wurde die Drehzahl auf "mittel" erhöht. Das
Mischen wurde etwa 25 Minuten fortgesetzt, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 1 beschrieben. Die Endtemperatur jedes Gemisches betrug etwa
116°F (47°C). Die keramischen
Aggregatvorläuferteilchen
wurden für
die Beispiele Nr. 15 bis Nr. 19 wie in Verfahrensvorschrift Nr.
2 beschrieben hergestellt. Die "QUADRO
COMIL"-Einrichtung
war bei den Beispielen Nr. 15 bis Nr. 19 die gleiche, wobei ein
massiver Rührflügel (Arrow
1701) mit einem 0,175 Inch (4,44 mm) breiten Spalt und ein konisches
Sieb mit 0,050 Inch (1,27 mm) messenden runden, gitterrostartigen Öffnungen
verwendet wurden. Der Antriebsmotor wurde mit 350 U/min betrieben.
Nach die Schlämmen
die "QUADRO COMIL" und das UV-Härtungssystem
durchlaufen hatten, wurden die mindestens teilweise gehärteten keramischen
Aggregatvorläuferteilchen
in Aluminiumwannen gegeben und etwa 6 Stunden in dem Umluftofen
bei etwa 350°F
(177°C)
mindestens teilweise thermisch gehärtet. Die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
wurden dann verkleinert, indem man sie durch die "QUADRO COMIL" unter Verwendung
eines mit einer Karbidspitze versehenen Rührflügels Arrow 1607 mit einem 0,175
Inch (4,44 mm) breiten Spalt und eines 0,079 Inch (2,00 mm) großen Gitterrostsiebes
passieren ließ.
Nach der Verkleinerung wurden die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
gesiebt, und der Teilchengrößenanteil
größer als
Mesh-Zahl 36 (0,0185 Inch, 0,47 mm) wurde aufgefangen.
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Die
keramischen Aggregatteilchen, die für die Beispiele Nr. 15 bis
Nr. 19 hergestellt wurden, wurden wie in Verfahrensvorschrift Nr.
3 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Teilchen in
dem Vorbrennschritt etwa 4 Stunden bei einer Höchsttemperatur von etwa 1832°F (1000°C) gehalten
wurden. Außerdem
wurde die in Verfahrensvorschrift Nr. 3 beschriebene BP-Beschichtung
nicht zum Herstellen der keramischen Aggregatteilchen in den Beispielen
Nr. 15 bis Nr. 19 verwendet. Des Weiteren wurden die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
für die
Beispiele Nr. 15 bis Nr. 18 nach dem Vorbrennen weiter verkleinert,
indem man sie erneut durch die "QUADRO
COMIL" unter Verwendung
eines mit einer Karbidspitze versehenen Rührflügels Arrow 1607 mit einem 0,0175
Inch (4,44 mm) breiten Spalt und unter Verwendung eines 0,079 Inch
(2,0 mm) großen
Gitterrostsiebes passieren ließ.
Nach der weiteren Verkleinerung wurden die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
gesiebt, wie in Verfahrensvorschrift Nr. 3 beschrieben, und der
Teilchengrößenanteil
größer als
Mesh-Zahl 20 (0,0320 Inch, 0,81 mm) und kleiner als Mesh-Zahl 12
(0,0661 Inch, 1,70 mm) wurde aufgefangen.
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Für die Beispiele
Nr. 15, Nr. 17 und Nr. 19 wurde der zweite Brennschritt gemäß Verfahrensvorschrift Nr.
3 ausgeführt,
indem etwa 100 Gramm der gesiebten, vorgebrannten keramischen Aggregatteilchen
in einen 3 Inch (7,6 cm) durchmessenden Platintiegel gegeben und
dann in einem Labor-Kammerofen (bei CM Rapid Temp Furnace, Bloomfield,
New Jersey, unter der Handelsbezeichnung "RAPID TEMP" zu beziehen) erwärmt wurden. Während des
zweiten Brennschrittes wurden die Teilchen etwa 90 Minuten bei einer
Höchsttemperatur
von etwa 2732°F
(1500°C)
gehalten. Dann ließ man
die Teilchen auf Raumtemperatur abkühlen, indem man den "RAPID TEMP"-Kammerofen abschaltete und ihn auf Raumtemperatur
abkühlen
ließ.
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Für die Beispiele
Nr. 16 und Nr. 18 wurden die vorgebrannten keramischen Aggregatteilchen
vor dem zweiten Brennschritt mit REO-Sinterhilfslösung getränkt. Die
vorgebrannten keramischen Aggregatteilchen wurden getränkt, indem
man 25 ml REO-Lösung
je 100 Gramm vorgebrannten Teilchen mit den vorgebrannten Teilchen
vermischte. Das Gemisch wurde etwa 10 Minuten in einem sich drehenden,
mit Polyethylen ausgekleideten Behälter gestürzt, um die REO-Lösung zwischen
den Teilchen zu verteilen. Die getränkten Teilchen wurden dann
in Aluminiumwannen gegeben und in einen Umluftofen (von Despach
Industries, Minneapolis, Minnesota, Modell-Nummer ALD2-11) verbracht und etwa 2
Stunden bei etwa 100°C
getrocknet. Die Teilchen wurden dann herausgenommen, und man ließ sie auf
etwa Raumtemperatur abkühlen.
Dann wurden die Teilchen durch einen Rotationsofen geleitet, der
auf etwa 1200°F
(650°C)
erwärmt
wurde. Der Rotationsofen hatte eine "Warmzone", die etwa 12 Inch (30,5 cm) maß, und eine
Siliciumcarbid-Drehröhre,
die etwa 15 cm durchmaß,
etwa 1,1 m lang war und etwa 2,5° nach
oben geneigt war. Die Verweildauer der Teilchen betrug etwa 5 Minuten
durch die Länge
der Röhre
hindurch. Nachdem die Teilchen den Rotationsofen durchlaufen hatten, wurden
sie etwa 90 Minuten bei etwa 2732°F
(1500°C)
gemäß dem zweiten
Brennschritt für
die keramischen Aggregatteilchen, die in den Beispielen Nr. 15,
Nr. 17 und Nr. 19 verwendet wurden, gebrannt.
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Die
für die
Beispiele Nr. 15 bis Nr. 18 hergestellten keramischen Aggregatteilchen
wurden zum Herstellen von Schleifgegenständen auf einem Gewebeträger wie
in Verfahrensvorschrift Nr. 5 beschrieben verwendet. Eine einzelne
Beschichtung aus keramischen Aggregatteilchen wurde auf den Gewebeträger aufgebracht,
und die beschichteten Proben wurden gemäß Verfahrensvorschrift Nr.
5 getrocknet, mit einer Einbettungsschicht versehen und gehärtet. Die
Schleifgegenstände
der Beispiele Nr. 15 bis Nr. 18 wurden getestet und mit Schleifgegenständen der
Vergleichsbeispiele C und D auf der Schwingtrommel gemäß Testvorschrift Nr.
1 verglichen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 10 zusammengefasst.
Für diese
Tests lag der Endpunkt bei 9000 durchgeführten Schwingtrommelzyklen
oder wenn die Materialabtragsrate für eine Probe auf weniger als
etwa 30 % der maximalen Intervallabtragsmenge, die für diese
Probe verzeichnet wurde, fiel. Die Schwingtrommeltestergebnisse
sind in Tabelle 10 zusammengefasst. Tabelle
10. Schwingtrommeltestergebnisse für die Beispiele Nr. 15 bis
Nr. 18
![Figure 00840001](https://patentimages.storage.***apis.com/d9/e9/e3/3c392f04640ae3/00840001.png)
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Tabelle
10 zeigt, dass die in Beispiel Nr. 17 hergestellten keramischen
Aggregatteilchen, die Aluminiumoxid und REO enthielten, eine maximale
Materialabtragsrate von 170 % von der des Schleifgegenstandes von
Vergleichsbeispiel C und von 140 % von der des Schleifgegenstandes
von Vergleichsbeispiel D aufwies. Im Vergleich zu dem in Beispiel
Nr. 17 hergestellten Schleifgegenstand wies der entsprechende in
Beispiel Nr. 15 hergestellte Schleifgegenstand, der keramische Aggregatteilchen
verwendete, die kein REO enthielten, zunächst ähnliche Materialabtragsraten
auf, aber die Gesamtabtragsmenge durch den Schleifgegenstand in
Beispiel Nr. 15 war durch Ausbrechen der Teilchen aus dem Träger nach
etwa 5000 Testzyklen begrenzt. Der in Beispiel Nr. 17 hergestellte
Schleifgegenstand behielt eine gleichbleibende Materialabtragsrate
(gemäß Messung
der Intervallabtragsmengen) innerhalb eines Bereichs von etwa 18
% vom niedrigsten zum höchsten über die
Dauer des Tests hinweg bei. Die Materialabtragsrate (gemäß Messung
der Intervallabtragsmengen) des Schleifgegenstandes in Vergleichsbeispiel
C erhöhte
sich ständig
um etwa 34 % über
die Dauer des Tests hinweg. Der in Vergleichsbeispiel D hergestellte
Schleifgegenstand behielt eine gleichbleibende Materialabtragsrate
(gemäß Messung
der Intervallabtragsmengen) über
die ersten wenigen Testintervalle bei, fiel dann aber abrupt ab,
als sich die Probe durch die Schleifbeschichtung bis auf den Träger hindurch
abnutzte. Die Materialabtragsraten (gemäß Messung der Intervallabtragsmengen)
der in den Beispielen Nr. 16 und Nr. 18 hergestellten Schleifgegenstände waren ähnlich,
betrugen aber etwa die Hälfte
der Materialabtragsraten (gemäß Messung
der Intervallabtragsmengen), die die in den Beispielen Nr. 15 und
Nr. 17 hergestellten Schleifgegenständen aufwiesen.
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Die
Teilchendruckfestigkeitswerte für
die in den Beispielen Nr. 15 bis Nr. 19 hergestellten Teilchen wurden
gemäß Testvorschrift
Nr. 2 gemessen. Die in Tabelle 11 angegebenen Druckfestigkeitswerte
waren die Mittelwerte von mindestens 40 Teilchen einer bestimmten
Probe von keramischen Aggregatteilchen. Tabelle
11. Drucktestergebnisse für
die Beispiele Nr. 15 bis Nr. 19
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Beispiel Nr. 20
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In
Beispiel Nr. 20 wurden keramische Aggregatteilchen hergestellt,
um zu demonstrieren, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung
auch zum Herstellen keramischer Aggregatteilchen verwendet werden könnte, die
Schleifhilfsmittel enthalten. Es wurde keramische Aggregatvorläuferschlämme, wie
in Verfahrensvorschrift Nr. 1 beschrieben, unter Verwendung von
Schleifhilfsmittelteilchen (CRY) und nicht-kristallinem keramischem
Bindemittelvorläufer
(SGP) hergestellt. Die Teilchenschlämmenformulierung ist in Tabelle
12 angegeben und wurde kombiniert, indem zuerst die Bestandteile
in Tabelle 12 in der angegebenen Reihenfolge zusammengebracht wurden,
mit Ausnahme von CRY und SGP. CRY und SGP wurden erst miteinander
kombiniert und dann langsam zu den übrigen Bestandteilen in Tabelle
12 hinzugegeben. Tabelle
12. Teilchenschlämmenformulierung
für Beispiel
Nr. 20
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Das
Mischen erfolgte in einem Mischer mit einem Scheibenrotor (von der
Hobart Corporation, Troy, Ohio, Modell-Nummer A120T). Das CRY/SGP-Gemisch
wurde dem Harzgemisch beigegeben, und das Mischen wurde mit der
langsamsten Mischdrehzahl etwa 30 Minuten fortgesetzt, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 2 beschrieben. Die Endtemperatur des Gemischs betrug etwa 100°F (38°C). Es wurden
keramische Aggregatvorläuferteilchen
wie in Verfahrensvorschrift Nr. 2 beschrieben hergestellt. Die "QUADRO COMIL" wurde mit einem
massiven Rührflügel (Arrow
1701), einem 0,075 Inch (1,90 mm) breiten Spalt und einem konischen
Sieb mit 0,055 Inch (1,40 mm) messenden runden Öffnungen hergerichtet, und
der Antriebsmotor wurde auf 253 U/min eingestellt. Nachdem die Schlämme die "QUADRO COMIL" und das UV-Härtungssystem
durchlaufen hatte, wurden die mindestens teilweise gehärteten keramischen
Aggregatvorläuferteilchen
in Aluminiumwannen verbracht und in einem Umluftofen (von der Lindberg/Blue
M Company, Watertown, Wisconsin, Modell-Nummer POM-246F) etwa 6
Stunden bei etwa 350°F
(177°C)
thermisch gehärtet.
Die Vorläuferteilchen wurden
mittels eines Rüttelsiebes
(von W. S. Tyler, Mentor, Ohio, Modell-Nummer RX 29) und 8 Inch
(20,3 cm) durchmessender Messingsiebe (von W. S. Tyler, Mentor,
Ohio) gesiebt. Die Teilchen, die ein Sieb Nr. 12 passierten, aber
auf einem Sieb Nr. 20 zurückblieben,
wurden aufgefangen und vorgebrannt, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 3 beschrieben. Die vorgebrannten Teilchen wurden dann auf 1132°F (750°C) wiedererwärmt, wie in
Verfahrensvorschrift Nr. 3 beschrieben. Die gebrannten Teilchen
wurden gesiebt, gewaschen und getrocknet, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 2 beschrieben, und die Druckfestigkeit der gebrannten Teilchen
wurde wie in Testvorschrift Nr. 2 beschrieben gemessen. Die mittlere
Druckfestigkeit der Teilchen in Beispiel Nr. 20 betrug 5,3 lbs.
(2,4 kg).
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Beispiele Nr. 21-22
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In
den Beispielen 21 und 22 wurden keramische Aggregatteilchen unter
Verwendung nicht-kristalliner keramischer Bindemittelvorläufer hergestellt.
Beispiel 21 wurde ohne Farbpigment hergestellt, und Beispiel 22 wurde
mit Farbpigment hergestellt (IO). Es wurde eine keramische Aggregatvorläuferschlämme wie
in Verfahrensvorschrift Nr. 1 beschrieben hergestellt. Die Schlämmenformulierungen
sind in Tabelle 13 angegeben und wurden kombiniert, indem zuerst
die Bestandteile in Tabelle 13 in der angegebenen Reihenfolge zusammengebracht
wurden, mit der Ausnahme, dass in Beispiel 22 SGP und IO erst miteinander
kombiniert wurden und dann langsam zu den übrigen Bestandteilen in Tabelle
13 hinzugegeben wurden. Tabelle
13. Vorläuferteilchenschlämmenformulierungen
für die
Beispiele Nr. 21 und Nr. 22
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Das
Mischen erfolgte in einem Mischer mit einem Scheibenrotor (von der
Hobart Corporation, Troy, Ohio, Modell-Nummer A120T). Das SGP (Beispiel
Nr. 21) oder das SGP/IO-Gemisch (Beispiel Nr. 22) wurden jedem separaten
Harzgemisch beigegeben, und das Mischen wurde etwa 30 Minuten mit
der langsamsten Mischdrehzahl, wie in Verfahrensvorschrift Nr. 2
beschrieben, fortgesetzt. Die Endtemperatur jedes Gemisches betrug
etwa 100°F
(38°C).
Es wurden keramische Aggregatvorläuferteilchen wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 2 beschrieben hergestellt. Für
Beispiel Nr. 21 wurde die "QUADRO
COMIL" mit einem
massiven Rührflügel (Arrow
1701), einem 0,075 Inch (1,90 mm) breiten Spalt und einem konischen
Sieb mit 0,062 Inch (1,57 mm) messenden runden, gitterrostartigen Öffnungen
hergerichtet, und der Antriebsmotor wurde auf 350 U/min eingestellt.
Für Beispiel
Nr. 22 wurde die "QUADRO
COMIL" mit einem
massiven Rührflügel (Arrow
1701), einem 0,075 Inch (1,90 mm) breiten Spalt und einem konischen
Sieb mit 0,055 Inch (1,57 mm) messenden runden Öffnungen hergerichtet, und
der Antriebsmotor wurde auf 253 U/min eingestellt. Nachdem die Schlämmen die "QUADRO COMIL" und das UV-Härtungssystem
passiert hatten, wurden die mindestens teilweise gehärteten keramischen
Aggregatvorläuferteilchen
in Aluminiumwannen gegeben und in einem Umluftofen (von der Lindberg/Blue
M Company, Watertown, Wisconsin, Modell-Nummer POM-246F) etwa 6
Stunden bei etwa 350°F (177°C) thermisch
gehärtet.
Für Beispiel
Nr. 21 wurden die keramischen Aggregatvorläuferteilchen dann verkleinert,
indem man sie durch die "QUADRO
COMIL" unter Verwendung
eines massiven Rührflügels (Arrow 1701)
mit einem 0,175 Inch (4,44 mm) breiten Spalt und eines 0,094 Inch
(2,39 mm) großen
Gitterrostsiebes passieren ließ.
Nach der Verkleinerung wurden die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
für Beispiel
Nr. 21 unter Verwendung eines Rüttelsortierers
(von der Exolon Co., Tonawanda, New York, Modell-Nummer 501) gesiebt.
Die Teilchen, die ein Sieb mit Mesh-Zahl 8 passierten, aber auf
einem Sieb mit Mesh-Zahl 24 hängen blieben,
wurden aufgefangen und vorgebrannt, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 2 beschrieben. Für
Beispiel Nr. 22 wurden die keramischen Aggregatvorläuferteilchen
nicht verkleinernd weiterverarbeitet, sondern sie wurden mittels
eines Rüttelsiebes
(von W. S. Tyler, Mentor, Ohio, Modell-Nummer RX 29) und 8 Inch
(20,3 cm) durchmessen der Messingsiebe (von W. S. Tyler, Mentor,
Ohio) gesiebt. Die Teilchen, die ein Sieb Nr. 12 passierten, aber
auf einem Sieb Nr. 20 hängen
blieben, wurden aufgefangen und vorgebrannt, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 2 beschrieben. Die keramischen Aggregatteilchen für die Beispiele
Nr. 21 und Nr. 22 wurden dann auf 1382°F (750°C) wiedererwärmt, wie in Verfahrensvorschrift
Nr. 2 beschrieben. Die gebrannten Teilchen für jedes der Beispiele Nr. 21
und Nr. 22 wurden gesiebt, gewaschen und getrocknet, wie in Verfahrensvorschrift Nr.
2 beschrieben, und die Druckfestigkeit der gebrannten Teilchen wurde
wie in Testvorschrift Nr. 2 beschrieben gemessen. Die gebrannten
Teilchen von Beispiel Nr. 21 hatten ein glänzend-weißes, durchscheinendes Aussehen,
und die mittlere Druckfestigkeit betrug 53,6 lbs. (24,3 kg). Die
gebrannten Teilchen von Beispiel Nr. 22 hatten ein glänzend-rotes,
undurchsichtiges Aussehen, und die mittlere Druckfestigkeit betrug
44,8 lbs. (20,3 kg).
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Druckfestigkeitswerte
für verschiedene
Verhältnisse
von Schleifkorn zu keramischer Bindungsphase
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Tabelle
14 soll die Auswirkung des Verhältnisses
von Schleifkorn zu keramischer Bindungsphase auf den Druckfestigkeitswert
demonstrieren. Die Gewichts- und Volumenverhältnisse von Schleifkorn zu
keramischer Bindungsphase sind in Tabelle 14 für keramische Aggregatteilchen
von ausgewählten
Beispielen, zusammen mit entsprechenden Druckfestigkeitswerten,
die gemäß Testvorschrift
Nr. 2 gemessen wurden, angegeben.
-
Für glasgebundene
keramische Aggregatteilchen (d. h. Beispiele Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3
und Nr. 8) wurde das tatsächliche
Volumenverhältnis
von Schleifkörnern
zu Glasbindungsphase folgendermaßen bestimmt: Keramische Aggregatteilchen
für jedes
bestimmte Beispiel wurden etwa 2 Stunden bei etwa 100°C in einem
Umluftofen (von Despach Industries, Minneapolis, Minnesota, Modell- Nummer ALD2-11) getrocknet,
um Feuchtigkeit von der Oberfläche
der Teilchen zu entfernen. Dann wurde das Gesamtvolumen von etwa
10 Gramm Teilchen für
jedes bestimmte Beispiel durch Heliumpyknometrie unter Verwendung
eines "ACCU PYC
1330" (bei Micromeritics
Inc., Norcross, Georgia, unter der Handelsbezeichnung "ACCU PYC 1330" zu beziehen) gemessen.
Für jedes
der Beispiele Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 8 wurden die keramischen
Aggregatteilchen etwa 2 Stunden in 30 %-iger Fluorwasserstoffsäure getränkt, wodurch
die Glasbindungsphase, aber nicht die Schleifkörner aufgelöst wurden. Die Fluorwasserstoffsäurelösung wurde
dekantiert, und die Schleifkörner
wurden herausgenommen. Die Schleifkörner wurden mit entionisiertem
Wasser gewaschen und etwa 2 Stunden bei etwa 100°C in dem Umluftofen (von Despach
Industries, Minneapolis, Minnesota, Modell-Nummer ALD2-11) getrocknet,
um Feuchtigkeit zu entfernen. Das Volumen der verbliebenen Schleifkörner wurde
durch Heliumpyknometrie unter Verwendung des "ACCU PYC 1330" gemessen. Die Volumenverhältnisse
und Prozentangaben von Schleifkorn zu Glasbindungsphase wurden berechnet
und in Tabelle 14 angegeben. Für
die Aluminiumoxid-gebundenen keramischen Aggregatteilchen (d. h.
Beispiele Nr. 16 und Nr. 18) wurden die Volumenverhältnisse
anhand der Gewichtsanteile des Schleifkorns und Aluminiumoxidbindungsphasen
geschätzt,
wobei nominale Materialdichten von 4,00 g/cm
3 sowohl
für das
Schleifkorn als auch die Aluminiumoxidbindungsphasen angenommen
wurden. Diese Daten sind in Tabelle 14 zusammengefasst. Tabelle
14. Druckfestigkeitswerte für
verschiedene Verhältnisse
von Schleifkorn zu keramischer Bindungsphase
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Tabelle
14 veranschaulicht, dass ein höherer
Gehalt an keramischem Bindemittel zu einer höheren Teilchenfestigkeit führt.